LM340/LM78XX系列：三端正相稳压器详解

LM340/LM78XX系列：三端正相稳压器详解

核心特性

• 在1A负载条件下，完整性能指标符合规范
• 在25℃环境温度下，输出电压精度为±2%，全温度范围内为±4%
• 在1A负载下，线路调整率低至0.01%（适用于LM340A型号）
• 负载调整率为0.3%/A（LM340A）
• 内置热过载保护机制
• 集成短路电流限制功能
• 输出晶体管具备安全工作区保护
• 通过P+产品增强测试流程

产品概述

LM140/LM340A/LM340/LM78XXC系列三端正电压调节器集成了内部限流、热关断和安全区补偿功能，使其具备高度可靠性。在提供足够散热条件的前提下，该系列器件可输出超过1A的电流。

这些稳压器被设计为固定电压调节器，广泛应用于各类电子系统中，包括本地（板载）调节，以减少传统单点调节带来的噪声和电压分配问题。此外，通过搭配外部元件，还可实现输出电压和电流的可调功能。

为提升使用便捷性，该系列器件在设计时尽量减少了对外部元件的依赖。尽管旁路电容有助于改善瞬态响应，但并非必需。只有在稳压器与输入滤波电容距离较远时，才建议添加输入旁路。

5V、12V和15V型号采用钢制TO-3封装，而LM340A/LM340/LM78XXC系列则采用TO-220塑料封装。LM340-5.0型号使用SOT-223封装，LM340-5.0和LM340-12则采用表面贴装TO-263封装。

工作原理

LM340/LM78XX系列属于串联线性稳压器，其核心机制是通过内部功率晶体管与负载串联，实现电压调节。内部基准电压源提供稳定的参考电平，误差放大器持续比较该基准与输出分压采样电压。

当输出电压出现波动时，误差放大器会调整串联调整管的导通程度，从而补偿电压变化，保持输出电压稳定。整个系统构成一个闭环负反馈调节回路。

输出电压通过内置电阻网络分压后送入误差放大器的反相输入端，而同相端则连接精密带隙基准源。当负载增加导致输出电压下降时，误差放大器驱动调整管降低导通电阻，从而提升输出电压；反之，当负载减少、输出升高时，调整管压降增大，输出电压被拉低，实现动态调节。

稳压器在输入与输出之间存在一个最小压差，称为压差电压。只有当输入电压高于输出电压达到该压差时，内部调整管才能正常工作。若输入电压过低，调整管进入饱和状态，稳压环路失效，输出电压将随输入电压下降。

内置保护电路独立监测芯片运行状态。限流电路实时采样输出电流，当电流超过设定阈值时自动限制输出。温度传感器持续检测芯片结温，一旦超过安全范围，触发热关断机制，切断功率通路。故障解除后，器件通常可自动恢复运行，多重保护机制有效防止短路或过热导致的永久性损坏。

应用建议

LM340/LM78XX系列具备热保护、输出短路保护和输出晶体管安全区保护功能。尽管如此，仍需采取预防措施，以避免因误操作导致器件损坏。

输入短路保护

当输出端连接大电容时，若输入端发生短路，建议在输入与输出之间添加保护二极管（见图1）。若无此二极管，输入端短路可能导致输出电容通过内部二极管和寄生晶体管放电，释放的能量可能损坏器件。快速二极管可有效分流大部分放电电流。通常，当输出电容小于等于10µF时，无需额外保护。

输出电压高于输入电压

由于该稳压器输出端不吸收电流，若强制将输出电压拉高，可能对内部低电流通路造成损坏，其机制与输入短路类似。

浮动接地问题

当接地引脚断开时，输出电压可能接近未稳压的输入电压，从而对连接至输出端的电路造成损害。若在电源开启状态下重新连接地线，也可能导致稳压器受损。此类问题常见于将带有板载稳压器的模块插入已通电插座时。建议在插入前关闭电源，或在保持电源开启时优先连接地线。

瞬态电压防护

若瞬态电压超过稳压器的最大输入电压额定值，或低于地电位0.8V且具有足够能量，可能造成器件损坏。建议采用大输入电容、串联击穿二极管、扼流圈或瞬态抑制器等组合方案进行防护。

散热设计

在计算θ(H–A)值后，应选择散热器的θ值小于或等于该数值。θ(H–A)通常由散热器制造商以数值或曲线形式提供，曲线显示了温度升高与功耗之间的关系。

TO-263（“S”）和SOT-223（“MP”）封装器件依赖PCB上的铜平面作为散热路径。为提升散热效率，建议焊接铜平面的接片。

图4展示了在典型PCB（1盎司铜）上，不同铜面积对θ(J–A)的影响。图5则展示了TO-263封装在不同环境温度下的最大允许功耗。

图6和图7分别展示了SOT-223封装的θ(J–A)与铜面积关系，以及最大功耗与环境温度的关系。图6假设1盎司铜的θ(J–A)为74°C/W，2盎司铜为51°C/W，最大结温为125°C。

如图所示，铜面积超过1平方英寸后，散热效果提升有限。此外，TO-263封装的θ(J–A)最小值为32°C/W。

图5提供了TO-263封装在不同环境温度下的最大允许功耗参考（假设θ(J–A)为35°C/W，最大结温为125°C）。关于SOT-223封装的功率增强技术，可参考应用笔记AN-1028。