作者：Dawson Huang，凌力爾特公司 (現(xiàn)隸屬 ADI 公司)，電源管理產(chǎn)品應(yīng)用工程師
于 2007 年推出的 LT3080 代表了一種新的線性穩(wěn)壓器架構(gòu)，其具有一個(gè)作為基準(zhǔn)的電流源和一個(gè)用于輸出放大器的電壓跟隨器。這種新型架構(gòu)擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，包括可容易地通過(guò)穩(wěn)壓器的并聯(lián)以提供更大的輸出電流，和在低至零輸出電壓的情況下工作。由于輸出放大器始終以單位增益運(yùn)作，并未采用一個(gè)電阻設(shè)定分壓器，因此輸出電壓范圍內(nèi)的帶寬和絕對(duì)調(diào)整率是恒定的。瞬態(tài)響應(yīng)與輸出電壓無(wú)關(guān)，而且調(diào)整率可用毫伏來(lái)規(guī)定，而不是輸出的一個(gè)百分比。
表 1 概述了采用這種架構(gòu)的器件系列。LT3091 是這個(gè)系列中最新增加的器件，這是一款 1.5A 低壓差負(fù)輸出線性穩(wěn)壓器，具可調(diào)電流限制和電流監(jiān)視器。LT3091 與這個(gè)系列的另一款負(fù)輸出線性穩(wěn)壓器 LT3090 類(lèi)似，但是額定電流比 LT3090 大超過(guò)一倍。
LT3091 在需要低噪聲或精確輸出的大電流、負(fù)電壓應(yīng)用中很有用。該器件具快速瞬態(tài)響應(yīng)、高 PSRR 和低輸出噪聲。低壓差有助于該器件在支持高達(dá) 1.5A 負(fù)載時(shí)避免過(guò)熱。內(nèi)置保護(hù)措施包括輸出反向保護(hù)、內(nèi)部折返電流限制和具遲滯的過(guò)熱停機(jī)。這種通用負(fù)輸出穩(wěn)壓器架構(gòu)可在輸出低至零伏時(shí)運(yùn)行，并可作為負(fù)輸出浮置穩(wěn)壓器使用。
表 1：采用電流基準(zhǔn)架構(gòu)的部分凌力爾特穩(wěn)壓器
工作原理
在地和 SET 引腳之間連接單個(gè)電阻器 RSET，這個(gè)電阻器驅(qū)動(dòng) −50µA 精確電流源，負(fù)輸出電壓由這個(gè)電流源設(shè)定。內(nèi)部跟隨器放大器強(qiáng)制輸出電壓與 SET 引腳的負(fù)電壓匹配。在這種架構(gòu)中，所有內(nèi)部工作電流都從輸出引腳流入。僅需要 20µA 負(fù)載電流來(lái)保持所有輸出電壓穩(wěn)定。圖 1 顯示了 LT3091 的基本連接。該器件提供 1.5A 輸出電流，輸出電壓可調(diào)節(jié)至零伏，提供正和負(fù)輸出電流監(jiān)視器。當(dāng)輸出電壓低于輸入電壓低時(shí)，LT3091 還提供反向保護(hù)。
圖 1：具電流限制及電流監(jiān)視器的 1.5A 負(fù)輸出線性穩(wěn)壓器
通過(guò)在 ILIM 和 IN 引腳之間連接一個(gè)外部電阻器 RLIM，電流限制可降至低于 1.5A，如圖 1 所示。這種功能可有效保護(hù)負(fù)載，并限制該 IC 的溫度。
通過(guò)為 IMONN 引腳提供 3.3V 電壓，IMONP 引腳可提供等于輸出電流 1/4000 的電流。通過(guò)將電阻器 RMON 連接至地并與該電流源串聯(lián)，然后讀取該電阻器上的電壓，可測(cè)量該電流源的電流。通過(guò)將 IMONP 引腳連接至 VIN，IMONN 可引腳吸收等于輸出電流 1/2000 的電流。采用這種方式，正或負(fù)輸出電流都可以用最少的組件加以監(jiān)視，而無(wú)需額外的檢測(cè)電阻器或放大器。
并聯(lián)器件以增大電流
對(duì)于 LT3091 這種以電流源為基準(zhǔn)的新型穩(wěn)壓器而言，多個(gè)器件并聯(lián)非常容易。器件并聯(lián)對(duì)于增大輸出電流或分散熱量很有用。既然 LT3091 設(shè)定為電壓跟隨器，那么將所有 SET 引腳連接到一起，可保持所有輸出為相同的電壓。如果所有輸出保持相同的電壓，那么僅需要幾毫歐姆的鎮(zhèn)流器 ROUT1,2，就可使這些器件均流。
圖 2 顯示了兩個(gè) LT3091 并聯(lián)以獲得 3A 輸出電流的電路原理圖。設(shè)定電阻器 RSET 現(xiàn)在流過(guò)的設(shè)定電流增大了一倍，因此輸出為 −100µA 乘以 RSET。10mΩ 輸出電阻器 R OUT1,2 確保在滿(mǎn)標(biāo)度電流時(shí)起到鎮(zhèn)流作用。為了獲得更大電流而并聯(lián)器件時(shí)，對(duì)可并聯(lián)器件的數(shù)量沒(méi)有限制。
圖 2：通過(guò)并聯(lián) LT3091 構(gòu)成的 3A 負(fù)輸出線性穩(wěn)壓器
圖 3 顯示了圖 2 設(shè)計(jì)的熱量分布，U1 和 U2 達(dá)到了類(lèi)似的溫度，表明電流是均分的。
圖 3：兩個(gè) LT3091 并聯(lián)的熱性能
低噪聲正電壓至負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器
負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器用正的輸入電壓產(chǎn)生負(fù)電壓，并具備低輸出紋波。如果與 LT3091 等大帶寬 LDO 結(jié)合使用，所構(gòu)成的轉(zhuǎn)換器可以提供非�？焖俚乃矐B(tài)響應(yīng)，同時(shí)噪聲甚至可更低。
圖 4 顯示了低噪聲、電感器耦合的正電壓至負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器。負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器基于 LT3581，這是一款 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，具內(nèi)置電源開(kāi)關(guān)。該器件采用 4mm x 3mm DFN 封裝和纖巧的外部組件，可與 LT3091 結(jié)合使用，構(gòu)成緊湊的低噪聲解決方案。圖 5 顯示了兩個(gè)輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)。圖 6 顯示了整個(gè)系統(tǒng)的熱性能。
圖 4：低噪聲正電壓至負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器提供 1.5A 電流和快速瞬態(tài)響應(yīng)
圖 5：正電壓至負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)
100mV/DIV：每格 100mV
AC COUPLED：AC 耦合
圖 6：正電壓至負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器的熱像
低噪聲正輸出和負(fù)輸出電源
用一個(gè)正輸出 1.5A LT3081 線性穩(wěn)壓器和與其對(duì)應(yīng)的負(fù)輸出 1.5A 線性穩(wěn)壓器，可以構(gòu)成一個(gè)大電流正輸入至正輸出和正輸入至負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器。LT8582 是一款雙通道 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，具內(nèi)部開(kāi)關(guān)，采用 7mm x 4mm DFN 封裝。該器件可從單一輸入產(chǎn)生正輸出和負(fù)輸出。
圖 7 顯示了一個(gè)用 LT8582、LT3081 和 LT3091 構(gòu)成的 1.5A、12V 至 ±3.3V 低噪聲電源。圖 8 顯示了負(fù)壓軌的瞬態(tài)響應(yīng)。圖 9 顯示了整個(gè)系統(tǒng)的溫度。
圖 7：12V 至 ±3.3V 低噪聲電源
圖 8：在 VOUT2 負(fù)載瞬變的瞬態(tài)響應(yīng)
圖 9：12V 至 ±3.3V 低噪聲電源的熱像
在需要低噪聲、高速 ±3.3V 電源的高速運(yùn)算放大器中，可以用這種配置作為運(yùn)算放大器的電源。
結(jié)論
LT3091 是一款 1.5A、低壓差、以電流為基準(zhǔn)的負(fù)輸出線性穩(wěn)壓器。這款穩(wěn)壓器非常容易并聯(lián)，以增大輸出電流。該器件還提供快速瞬態(tài)響應(yīng)、高 PSRR 和低輸出紋波，因此非常適合作為后穩(wěn)壓器使用。LT3091 還可用來(lái)構(gòu)成能吸收和提供電流的電源。
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