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Linear 3A線性穩(wěn)壓器LT3083特性詳解

發(fā)布時間:2013-04-23 責(zé)任編輯:eliane

【導(dǎo)讀】Linear已推出的第一款運用精確電流源架構(gòu)的線性穩(wěn)壓器LT3080 ,可實現(xiàn)通過并聯(lián)任何數(shù)量的LT3080 以產(chǎn)生大電流、表面貼裝電源,而LT3083具備與LT3080類似的高性能規(guī)格,輸出電流變?yōu)?A。適用范圍不僅限于基本的線性穩(wěn)壓器。能非常容易地并聯(lián),以提高輸出電流并分散熱量。

30 多年以來,基本的3端子穩(wěn)壓器一直是設(shè)計師工具箱中的基本構(gòu)件,而且其基本架構(gòu)沒有任何重大改變。運用一個固定電壓基準(zhǔn),電阻分壓器將輸出電壓提高到所希望的值。這類穩(wěn)壓器是非常容易使用的器件,因此也非常流行,但是這種簡單架構(gòu)有一些固有的缺點。

使用傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的缺點之一是,最低輸出電壓受到穩(wěn)壓器基準(zhǔn)電壓的限制。另一個缺點是,不容易通過并聯(lián)器件來提高可用輸出電流或分散功耗。為了在多個穩(wěn)壓器之間分配負(fù)載,或者必須增加大的鎮(zhèn)流電阻器,這會導(dǎo)致負(fù)載調(diào)節(jié)誤差,又或者用由輸入檢測電阻器和運算放大器環(huán)路組成的復(fù)雜電路來平衡負(fù)載,這必然破壞了本來想運用看似簡單的線性穩(wěn)壓器實現(xiàn)簡單性的承諾。

不過,如果去掉電壓基準(zhǔn),用一個精確的電流源取而代之,結(jié)果會怎么樣呢?這樣產(chǎn)生的電路令人難以置信地簡單,如圖1所示的方框圖。一個精確的電流源連接到放大器的非負(fù)輸入,輸出驅(qū)動一個大的 NPN 傳遞組件,然后再連接至放大器的負(fù)輸入,以提供單位增益。給年資久遠(yuǎn)的線性穩(wěn)壓器器件引入這一小小的改變之后,會在通用性和性能方面產(chǎn)生巨大的好處。

圖 1:LT3083 方框圖
圖1:LT3083 方框圖

現(xiàn)在,在這種新架構(gòu)中,若要并聯(lián)穩(wěn)壓器,將每個 SET 引腳連接到一起即可,這為所有誤差放大器提供了一個共用的基準(zhǔn)點,從而僅用毫歐姆量級的鎮(zhèn)流電阻器就能平衡任何器件至器件的失調(diào)偏差。突然之間,無論需要多少器件,都可以非常容易地在器件之間分散功耗,類似地,輸出電流也可以按需擴大。這種架構(gòu)的美妙之處在于僅用一個電阻器就能為所有穩(wěn)壓器提供基準(zhǔn)點,無論使用了一個、10 個還是 100 個穩(wěn)壓器。此外,該架構(gòu)允許零電阻等于零輸出,從而不再有固定基準(zhǔn)電壓以限制可用輸出電壓范圍的低端。

LT3083新架構(gòu)的優(yōu)勢

LT3080 1.1A線性穩(wěn)壓器是第一款運用精確電流源架構(gòu)的線性穩(wěn)壓器,使它可通過并聯(lián)任何數(shù)量的 LT3080 以產(chǎn)生大電流、表面貼裝電源成為可能。LT3083 與 LT3080 相似,具備類似的高性能規(guī)格,但是輸出電流能力提高為3A。這種新架構(gòu)具備大量性能優(yōu)勢。
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固定的頻率響應(yīng)和負(fù)載調(diào)節(jié)

運用傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器,當(dāng)通過電阻分壓器改變輸出電壓時,增益和帶寬會隨之改變。將穩(wěn)壓器的反饋引腳旁路會影響環(huán)路響應(yīng)。負(fù)載調(diào)節(jié)幅度不是一個固定值,不過當(dāng)電阻分壓器累積任何電壓偏差時,負(fù)載調(diào)節(jié)幅度在輸出中所占百分比是固定的。此外,該電阻分壓器也會導(dǎo)致累積基準(zhǔn)電壓噪聲。

運用電流源和單位增益緩沖器,則可消除這些缺點。既然誤差放大器始終處于單位增益狀態(tài),那么頻率響應(yīng)就不會作為輸出電壓的函數(shù)而改變,或者也不會隨著跨基準(zhǔn)點兩端實施旁路而改變。負(fù)載調(diào)節(jié)幅度現(xiàn)在是一個固定值,而不管輸出電壓大小。既然旁路不會影響環(huán)路響應(yīng),那么兩個噪聲源就都消除了:運用單個電容器就可以抑制基準(zhǔn)電流噪聲和電阻器散射噪聲。這樣在輸出端就只剩下誤差放大器噪聲了,而且無論輸出電壓大小,這個噪聲都保持在固定值上。

LT3083頂尖的DC特性

LT3083 的DC特性與原來的 LT3080 是相同的。LT3083 將NPN傳遞器件的集電極分離出來,以最大限度地降低功耗。就誤差放大器而言,負(fù)載調(diào)節(jié)幅度一般低于1mV,在50uA 基準(zhǔn)電流時接近不可計量。就基準(zhǔn)電流而言,電壓調(diào)節(jié)不到 0.0002%/V,就誤差放大器失調(diào)而言,電壓調(diào)節(jié)的典型值為 2µV/V?;鶞?zhǔn)電流的溫度特性非常出色,在整個工作節(jié)溫范圍內(nèi)一般保持在 0.2% 以內(nèi),如圖2所示。

圖 2:基準(zhǔn)電流溫度特性
圖2:基準(zhǔn)電流溫度特性

LT3083 還提供了凌力爾特器件眾所周知的各種保護(hù)功能:具有安全工作區(qū)保護(hù)的電流限制功能可避免器件在短路情況下受損;熱限制功能則可在功率耗散過大的情況下使器件處于安全狀態(tài)。

LT3083頂尖的AC特性

不要認(rèn)為,在努力實現(xiàn)高DC性能的過程中要犧牲LTC3083的AC特性。LTC3083的瞬態(tài)響應(yīng)非常出色,輸出電容低至10uF??墒褂眯⌒吞沾呻娙萜鞑⑶覠o需增加ESR??缁鶞?zhǔn)電阻器使用一個旁路電容器,可以提供慢啟動功能;輸出電壓跟隨RC時間常數(shù),而該常數(shù)由SET電阻器和旁路電容器設(shè)定。將器件并聯(lián)還可提供噪聲性能方面的優(yōu)勢。將多個LT3083穩(wěn)壓器并聯(lián),可降低輸出噪聲,這與將n個運算放大器并聯(lián)就能以 √n 為系數(shù)降低噪聲是一樣的。

LT3083的應(yīng)用范圍

LT3083 異常簡單的架構(gòu)與高性能參數(shù)使其成為一款功能強大的構(gòu)件,其適用范圍并不僅限于基本的線性穩(wěn)壓器。該器件能非常容易地并聯(lián),以提高輸出電流并分散熱量。主動驅(qū)動 SET引腳是完全可接受的;低失調(diào)和大的輸出電流允許在大功率級實現(xiàn)高度準(zhǔn)確的基準(zhǔn)電源。通過用一個DAC驅(qū)動SET引腳,可以實現(xiàn)數(shù)字可編程電源。很容易就能實現(xiàn)準(zhǔn)確的電流源。用戶的創(chuàng)造力有多強,該器件的用途就有多廣泛。
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將穩(wěn)壓器并聯(lián)以提高電流并分散熱量

圖 3 顯示了怎樣將多個LT3083并聯(lián),以提高輸出電流并分散熱量。請注意,在穩(wěn)壓器之間平衡負(fù)載所需的鎮(zhèn)流器是最小的。僅通過增加更多LT3083,就有可能產(chǎn)生低噪聲和準(zhǔn)確的大電流表面貼裝電源。功耗在并聯(lián)的穩(wěn)壓器之間均勻分布,不過熱量管理仍然是必要的。由于跨穩(wěn)壓器的壓降低至0.5V,所以一個3A負(fù)載相當(dāng)于1.5W功耗,從而提高了表面貼裝設(shè)計的熱性能。

多個穩(wěn)壓器并聯(lián)以實現(xiàn)更大的電流并分散熱量
圖3:將多個穩(wěn)壓器并聯(lián)以實現(xiàn)更大的電流并分散熱量
 
大電流基準(zhǔn)緩沖器

建立一個大電流基準(zhǔn)緩沖器所需工作非常少,如圖4所示。在這個電路中,連接 LT1019-5的輸出,以吸收穩(wěn)壓器50uA的基準(zhǔn)電流。該基準(zhǔn)在整個溫度范圍內(nèi)提供0.2%的準(zhǔn)確度,或10mV。由于LT3083的最大失調(diào)電壓為 4mV,所以輸出準(zhǔn)確度保持在0.3%以內(nèi)。LT3083 基準(zhǔn)電流的準(zhǔn)確度不影響輸出容限,而且不存在導(dǎo)致潛在容限偏差的電阻器。

大電流基準(zhǔn)緩沖器
圖4:大電流基準(zhǔn)緩沖器

以數(shù)字方式設(shè)定的輸出

要以數(shù)字方式設(shè)定輸出電壓僅需要增加一個 DAC 以驅(qū)動 SET 引腳。圖 4 突出顯示了 DAC 怎樣在從零到超過 16V 的范圍內(nèi)于 1.5LSB 以內(nèi)設(shè)定 LT3083 輸出。在這個電路中, LTC2641-12 運用 4.096V 基準(zhǔn),通過 LT1991 (增益配置為 4 倍) 驅(qū)動 LT3083 的 SET 引腳。

這仍然是由于 LT3083 嚴(yán)格的規(guī)格,才允許如此卓越的性能。請記住,當(dāng)以最低輸出電壓工作時,必須滿足最小負(fù)載電流要求。當(dāng)以很低的輸入電壓工作時,需要不到 500uA 的負(fù)載,這比傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器所需的 5mA 至 10mA 負(fù)載低多了。
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LT3083易用的兩端子電流源

在某些應(yīng)用中,電流源可能非常難以實現(xiàn)。有些必須以地為基準(zhǔn),另一些必須以正軌為基準(zhǔn),而最難的設(shè)計則需要浮動的兩端子器件。LT3083 非常容易配置為兩端子電流源,只需通過調(diào)節(jié)外部電阻器的比率并增加補償就可以,如圖 5 所示。該電流源可以以地為基準(zhǔn)、以一個正軌為基準(zhǔn)或完全浮動而無需擔(dān)心任何問題。

數(shù)字可編程電源
圖5:數(shù)字可編程電源

兩端子電流源
圖 6:兩端子電流源

雖然LT3083架構(gòu)看似簡單,但它卻是一款高性能且高度通用的突破性構(gòu)件器件,整合了LT3080巨大的架構(gòu)改進(jìn)以及卓越的AC和DC特性,并增加了電流,輕松解決了傳統(tǒng)型三端或低壓差穩(wěn)壓器無法對付的問題。該器件可用于工作電壓低至0V的電源、通過并聯(lián)以提供較大的輸出電流和分散熱量、或進(jìn)行動態(tài)驅(qū)動。大電流線性電源如今可用于表面貼裝型電路板,而不會降低性能。

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