30多年以來,基本的3端子穩(wěn)壓器一直是設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,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)壓器之間分配負載,或者必須增加大的鎮(zhèn)流電阻器,這會導致負載調(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)路組成的復雜電路來平衡負載,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,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。一個精確的電流源連接到 放大器的非負輸入,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輸入,以提供單位增益。給年資久遠的線性穩(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。
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電壓以限制可用輸出電壓范圍的低端。
新架構(gòu)的好處
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。
頻率響應和負載調(diào)節(jié)是固定的
運用傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器,當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。負載調(diào)節(jié)幅度不是一個固定值,不過當電阻分壓器累積任何電壓偏差時,負載調(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致累積基準電壓噪聲。
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 準點兩端實施旁路而改變。負載調(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,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。
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,負載調(diào)節(jié)幅度一般低于1mV,在50μA基準電流時接近不可計量。就基準電流而言,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?;鶞孰娏鞯臏囟忍匦苑浅3錾?,在整個工作節(jié)溫范圍內(nèi)一般保持在0.2%以內(nèi)。
LT3083還提供了凌力爾特器件眾所周知的各種保護功能:具有安全工作區(qū)保護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)。
頂尖的AC特性
不要認為,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)響應非常出色,輸出電容低至10μF??墒褂眯⌒吞沾呻娙?器并無需增加ESR??缁鶞孰娮杵魇褂靡粋€旁路電容器,可提供慢啟動功能;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。
應用
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)高度準確的基準電源。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。沒有很大的困難就能實現(xiàn)準確的電流源。用戶的創(chuàng)造力有多強,該器件的用途就有多廣泛。
將穩(wěn)壓器并聯(lián)以提高電流并分散熱量
請注意,在穩(wěn)壓器之間平衡負載所需的鎮(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負載相當于1.5W功耗,從而提高了表面貼裝設計的熱性能。
結(jié)論
在LT3083方框圖所示的架構(gòu)看似簡單,但它的背后卻是一款高性能且高度通用的突破性構(gòu)件器件。LT3083整合了LT3080巨大的架構(gòu)改進以及卓越的AC和DC特性,并增加了電流,因而可以輕松解決傳統(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,而不會犧牲性能。