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新型线性稳压器的崭新应用
 

【作者: Robert Dobkin】2008年01月11日 星期五

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线性稳压器架构,因凌力尔特LT3080 的推出而有所改变。此稳压器舍弃电压参考,而使用参考电流来设定输出。如(图一)所示,单一电阻即可为稳压器内的电压随耦器设定输出,此输出电压可被调整至零或达到输入供应的1伏特之内。由于设定针脚的电压及输出是均等的, 因此这些稳压器并联后,可以电路板的一小部分作为稳流电阻,以分享电流,如此可助于热的传导,而不需散热片。此外,输出电晶体的分开式集极,也允许降压电阻可与集极成串插入,如此可将IC稳压器的一些功耗转移至晶片上电阻,分散散热点,因此不需使用散热片来发散集中于单点上的发热功耗。 (表一)所示为此稳压器之基本规格。


《图一 LT3080基本运作》
《图一 LT3080基本运作》

设计架构解说

(图二)所示为一并联的稳压器组。虽然此处只显示二个稳压器,但任何数量的稳压器均可被并联以达到更高的输出电流。所有稳压器均有其输入,其设定针脚及输出是结合在一起的,一小段PC布线可串接于输出,作为稳流电阻。 10到15毫欧姆阻抗便足够用于稳流稳压器之输出,并提供良好电流分享。由于数个元件并联,因此必须要有输出电容,来达到稳压器的安定性。此输出电压会透过电阻接地以相同方式被调整, 但其并非10微安培,而是N x 10微安培,其中,N为并联稳压器之数量。对于二个平联的稳压器而言,此针对每个对地50k欧姆之阻抗提供1伏特的输出电压。


(表一)  LT3080基本规格

Parameter

Min

Typ

Max

Units

Load reg lout=10mA to 1.1A

 

<1

 

mV

Line Reg 2V to 40V input

 

 

 

 

Adjust Pin Current

-1%

10

1%

μA

Min Load Current

 

0.3

 

mA

Offset Adj to Output

 

1.5

 

mV

Operating Temp Range

-55

 

125

Deg C

Dropout (3 Terminal)1.1A

 

1.3

 

V

Dropout (4 Terminal)1.1A

 

0.3

 

V

Ripple rejection(120Hz)

 

75

 

dB


LT3080也可与固定输出稳压器平联(线性或切换式)以补足单一元件的输出电流,在单一元件无法提供足够电流、或因系统改变而需简单地进行系统修正,以增加供电电流时,这是相当有用的。


《图二 LT3080并联操作》
《图二 LT3080并联操作》
《图三 推升固定稳压器的输出电流》
《图三 推升固定稳压器的输出电流》

同样的,使用15至20毫欧姆之稳流阻抗来进行这二个IC的分享是必需的。但由于LT1963-3.3为固定式稳压器而没有"设定针脚" ,因此必须提供连接LT3080设定针脚的点。来自固定式稳压器输出的分压器可提供低于固定输出的4毫伏电压,此4毫伏压降是需要的,其能确保LT3080的输出电流于无负荷状态下是零。若无此补偿, LT3080会供应电流,并在轻负载或无负载情况时强制输出为高电位。


于轻负载时,LT3080的设定针脚保持相对于输出的负电​​位状态,对于LT3080内的回授电路而言,此表示输出为「高电位」,且不需任何电流供应。由于固定式稳压器及LT3080的负载增加, 横跨于稳流电阻的压降将缓慢地开启LT3080,如此提供一部份的输出电流,在此情况下,稳流阻抗将比并联的LT3080稍高,因为4毫伏的补偿大于LT3080的原生性补偿。 20毫欧姆阻抗在1安培输出电流时提供20毫伏稳流。于2伏特输出时,此压降约仅降低负载稳压至低于1%。透过20毫欧姆稳流阻抗及2安培总输出电流,LT3080供应约75%到80%的输出电流。若需要达到更精密输出电流匹配,稳流器便必须增加。


提供二个终端电流源

电流源在许多类型应用中是实用的零组件。 LT3080可以非常良好的DC效能提供二个终端电流源,由于LT3080需包含输出电容以提供频率补偿的要求,可能无法被如同AC电流源般使用,然而其高增益能允许小幅压降以设定输出电流,并产生非常高的DC输出阻抗。


《图四 LT3080的2个「2终端」电流源配置》
《图四 LT3080的2个「2终端」电流源配置》

大约100毫伏压降会跨在10k欧姆的设定电阻上。此100 毫伏也出现于电流设定电阻, 将总输出电流设定为0.1伏特除以输出设定电阻 (加上10微安培)。需要时还可透过更高的压降来提高准确度。


频率补偿可透过电容由输入针脚至输出达成。透过频率补偿配置,通过电容之电流(针对相对低频率输入变动)将包括于回授回路内,并且不会像横跨于元件之电容般显现。如果输入电压改变,电流将因电压变动而流经电容,当电容内的电流趋于近DC电流时,此回路将无法针对AC 电流提供补偿,而AC输出阻抗将减少。 LT3080的低设定电流及非常高的稳压回路增益,使其成为绝佳的电流稳压器。透过仅0.3毫安培的低静态电流,此电路适合低至一毫安培或达一安培的电流源。电流的温度系数则是稳压器的温度系数,加上随温度而改变电阻所产生的漂移。


低至零伏特的能力

LT3080可操作于低至零伏特的能力,使其对实验室供电具备高度吸引力。然而,如果操作电压范围高,实验室稳压器的功耗可能变得非常高。 (图五)电路显示一连接LT3080的切换预稳压器可透过将输入电压控制在高于输出约1.5伏特,而维持低如1.5瓦特的功耗。



《图五 适于通用供电的追踪预稳压器》 - BigPic:799x291
《图五 适于通用供电的追踪预稳压器》 - BigPic:799x291

LT3080系连接至P通道FET的闸极及电流源。 P通道的「on」门槛会设定横跨LT3080的dropout电压。 P通道的汲极接系切换稳压器的回授针脚。


当电路启动时,切换稳压器输出将上升,直到通过P通道的电流足以将回授针脚(FB)带至 1.2 伏特。当回授针脚上升到1.2 伏特时,可降低切换稳压器的输出,之后LT3080将以跨在其上之MOS门槛电压操作。调整LT3080的设定电阻可设定输出电压,而输入电压则追踪于比输出电压高1.5伏特的状态。


(图六)显示一个功耗更低的切换稳压器。此处将采用PNP的射极电压,而非P通道的门槛。当数个LT3080元件因高电流之目的而并联时,其能维持更低功耗。此电路要求LT3080的输入针脚连接至输入电压,以确保控制电路拥有足够的操作电压。 PNP的射极电压将跨在LT3080输出电晶体的电压设定于0.6伏特,在1安培电流时,功耗仅为0.6瓦特。此切换稳压器将再追踪输出,而输出可调整至归零。



《图六 针对更高电流供应的预稳压器》 - BigPic:799x633
《图六 针对更高电流供应的预稳压器》 - BigPic:799x633

结论

新型稳压器具备功能相当丰富,同时能提供既有稳压器架构所没有的应用能力。并联、可调整输出至零、以及将功耗传导于稳压器之外的能力,使其对于某些新应用而言相当具吸引力。此可用来作为参考的精准电流,可提供软启动、关机、及不需外部零件的追踪,而此元件的其他固有特性,更使其成为线性稳压器的最佳架构选择。


<作者为凌力尔特工程副总裁暨技术长>


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