幾年前,當我剛加入一家示波器和邏輯分析儀頂尖制造商,成為一名新設計人員時,我有幸為一款邏輯分析儀探頭設計了一個非常簡單而又高性價比的低功耗直流電源。那時,唯一可用的電源電壓是-9.5V,但是需要用5V電壓為某些邏輯緩沖器供電。由于我只需要大約50mA的電流,而且不需要考慮電路板空間問題,因此我使用了NE555(其圖騰柱輸出具有很強的驅動能力)來驅動電壓反向二極管/電容電荷泵,然后使用78L05三端穩壓器來降低紋波,并提供過溫和過流保護。所有元器件都很常見而且便宜,而且都在公司零件系統中進行了編號,RGB電源在工程庫房也都有現貨。因此,這個原型電源制造和測試起來就很容易。RGB電源
這款原型產品工作得非常出色,可以為78L05提供充足的輸入電壓裕量,因此我對進行電路板布局充滿信心。當我們把板子拿回制作后,一切似乎都很好。在室溫下,這個小電源為負載提供了足夠的電流,并且由于線性穩壓器的紋波很低,電壓就非常好而且安靜。
當我們在溫箱中進行工作測試時,問題就出現了。在室溫下一切都很好,在55℃時也還不錯,但令我驚訝和失望的是,這個小開關電源的輸出電壓在-15℃時出現了下垂。78L05的輸入電壓下降到了指定的最小值以下。在負載下則需要2.5V的裕量。(那個時候,低壓差穩壓器還不常見甚至都還沒有。)RGB電源為了最大程度地降低開關損耗,我選擇了1N5817肖特基二極管,因為其正向壓降只有400mV。我使用示波器測量出進入二極管/電容電荷泵的驅動電壓良好,肖特基二極管兩端的損耗也很低。但出乎意料的是,電解電容兩端的壓降卻很大。
我在設計產品時在電荷泵部分使用的是小型徑向引腳鋁電解電容。盡管它們的指定工作溫度范圍比我的目標溫度范圍要寬,但我卻不知道,在-15℃時,它們會從合適的電容變成損耗非常大的電容。從那時起,我了解到,除非指定用特殊的寬溫度范圍鋁電解電容,否則不僅將會看到額定電容值隨溫度下降而下降,而且等效串聯電阻(ESR)還可能會增加10倍!而且由于我是使用它們來傳輸電力,而不僅僅是用來實現毫伏級信號耦合,因此ESR的增加就非常要命。RGB電源
要怎樣才在不改變電路板布局的情況下實現正常恢復呢?幸運的是,我們正好有一些徑向“orange drop”鉭電容,它們正好適合現有電路板的尺寸,而且它們在-15℃的溫度下也沒有問題。問題解決了。現在,我也更加關注性能隨溫度降低的情況。