深度解析LM137QML：3端可调负电压稳压器的卓越性能与应用
在电子工程师的日常设计工作中，稳压器是不可或缺的关键组件之一。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的LM137QML 3端可调负电压稳压器，详细剖析其特性、应用场景、技术参数以及实际性能表现。
文件下载：lm137qml.pdf
一、LM137QML概述
LM137QML是一款功能强大的可调3端负电压稳压器，能够在 -37V至 -1.2V的输出电压范围内提供超过1.5A的电流。它具有易于应用的特点，仅需2个外部电阻来设置输出电压，以及1个输出电容进行频率补偿。该系列稳压器经过精心设计，优化了电路性能，具备出色的稳压能力和低热瞬态特性。此外，LM137QML还拥有内部限流、热关断和安全区域补偿功能，几乎可以防止因过载而损坏。
二、产品特性亮点
1. 电气性能卓越
- 输出电压可调范围广：输出电压可在 -37V至 -1.2V之间灵活调节，满足多种不同的应用需求。
- 输出电流大：能够提供高达1.5A的输出电流，适用于对功率要求较高的场合。
- 稳压性能出色：线路调节率典型值为0.01%/V，负载调节率典型值为0.3%，能够在不同的输入电压和负载条件下保持稳定的输出电压。
- 纹波抑制能力强：具有77dB的纹波抑制比，有效减少输出电压中的纹波成分，提高电源的纯净度。
- 热稳定性好：热调节率为0.002%/W，温度系数为50ppm/°C，能够在较宽的温度范围内保持稳定的性能。
2. 可靠性高
- 抗辐射能力：可提供TID合格至30krad(Si)的版本，适用于辐射环境较为恶劣的应用场景。
- 过流、过热保护：具备内部电流限制和热关断功能，能够有效保护稳压器免受过载和过热的损害。
- 短路保护：输出端具有短路保护功能，当输出短路时，稳压器能够自动限制电流，避免损坏。
3. 封装与兼容性
- 标准封装：采用标准的3引脚晶体管封装，便于安装和焊接。
- 与LM117互补：与LM117可调正电压稳压器是理想的互补产品，可用于构建正负电压供电系统。
三、应用场景广泛
1. 通用电源
可用于各种通用电源设计，为电子设备提供稳定的负电压输出。
2. 板载电压调节
在电路板上实现局部电压调节，确保各个电路模块能够获得稳定的电源供应。
3. 可编程电压源
通过调节外部电阻，可以实现可编程的负电压输出，满足不同的应用需求。
4. 精密电流源
在需要精密电流控制的应用中，LM137QML可以作为电流源使用。
5. 恶劣环境应用
由于其具有良好的抗辐射和热稳定性，适用于军事、航天等恶劣环境中的电子设备。
四、技术参数详解
1. 绝对最大额定值
| 参数 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|
| 功率耗散 | 内部限制 | - |
| 输入 - 输出电压差 | 40 | V |
| 工作环境温度 | -55 ≤ TA ≤ +125 | °C |
| 工作结温 | -55 ≤ TJ ≤ +150 | °C |
| 存储温度 | -65 ≤ TA ≤ +150 | °C |
| 最大结温 | 150 | °C |
| 引脚温度（焊接，10秒） | 300 | °C |
| 最大功率耗散（@25°C） - TO - 3 | 28 | W |
| 最大功率耗散（@25°C） - TO - 39 | 2.5 | W |
2. ESD额定值
静电放电人体模型（HBM），符合ANSI/ESDA/JEDEC JS - 001标准，±4000V。
3. 推荐工作条件
- 环境温度： -55°C至 +125°C
- 输入电压： -41.25V至 -4.25V
4. 热信息
| 热指标 | TO - 3金属罐 | TO - 39金属罐 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 结 - 环境热阻（静止空气） | 40 | 174 | °C/W |
| 结 - 环境热阻（500LFM） | 14 | 64 | °C/W |
| 结 - 外壳热阻 | 4 | 15（@1.0W） | °C/W |
5. 电气特性
不同型号的LM137在直流和交流参数方面有详细的规定，包括参考电压、最小负载电流、线路调节率、负载调节率、纹波抑制比等。这些参数在不同的测试条件下有不同的取值范围，工程师在设计时需要根据具体的应用需求进行选择。
五、典型应用电路
1. 可调负电压稳压器
通过调节外部电阻R2，可以实现输出电压的调节。输出电压计算公式为：(-V{OUT } = 1.25left(1 + frac{R2}{120}right) + left(-I{ADJ} × R2right))
2. 电流调节器
电流输出计算公式为：(I_{OUT } = frac{1.250V}{R1})，其中R1的取值范围为0.8Ω至120Ω。
3. 带保护二极管的负稳压器
当输出电容CL大于20μF时，D1用于保护LM137在输入电源短路时不受损坏；当C2大于10μF且 -Vout大于 -25V时，D2用于保护LM137在输出短路时不受损坏。
六、电源供应建议 - 热调节
在IC中消耗功率时，会在芯片上产生温度梯度，影响IC电路组件。对于稳压器来说，这种温度梯度可能会导致输出电压的变化。热调节是指在指定时间内，每瓦功率变化对输出电压的影响（以输出变化的百分比表示）。
LM137的热调节规范为最大0.02%/W。在实际测试中，当施加10W的脉冲10ms时，输出电压的漂移仅为3mV（对于 -10V的输出电压，相当于0.03%），远低于规范限制。当脉冲结束时，随着芯片冷却，热调节再次显示出3mV的阶跃变化。需要注意的是，负载调节误差约为8mV（0.08%），这是额外的误差。当施加10W的脉冲100ms时，输出电压的漂移仅略超过前10ms的漂移，热误差保持在0.1%（10mV）以内。
七、总结
LM137QML作为一款高性能的3端可调负电压稳压器，具有出色的电气性能、高可靠性和广泛的应用场景。其易于应用的特点和丰富的保护功能，使得它成为电子工程师在设计负电压电源时的理想选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求，合理选择稳压器的型号和参数，并注意电源供应和散热设计，以确保稳压器能够稳定、可靠地工作。
你在使用LM137QML进行设计时，遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。
