30多年來，基本的3端子穩(wěn)壓器一直是設(shè)計(jì)師工具包的構(gòu)建模塊，其基本架構(gòu)沒有任何重大變化。電阻分壓器使用固定基準(zhǔn)電壓源將輸出電壓提升至所需電平。這些是易于使用的設(shè)備，因此它們很受歡迎，但這種簡(jiǎn)單的架構(gòu)有一些固有的缺點(diǎn)。

使用傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的一個(gè)缺點(diǎn)是最小輸出電壓僅限于穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓。另一個(gè)是，通過并聯(lián)器件不容易增加可用輸出電流或分散功耗。為了在多個(gè)穩(wěn)壓器之間分配負(fù)載，必須添加大鎮(zhèn)流電阻，這會(huì)產(chǎn)生負(fù)載調(diào)節(jié)誤差，或者使用復(fù)雜的輸入檢測(cè)電阻和運(yùn)算放大器環(huán)路方案來平衡負(fù)載，這不可避免地抵消了最初使用表面上簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器提供的簡(jiǎn)單性承諾。

但是，如果基準(zhǔn)電壓源被拋棄并替換為精密電流源怎么辦？由此產(chǎn)生的器件看似簡(jiǎn)單，如圖1的框圖所示;精密電流源連接到放大器的同相輸入端，輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)大的NPN調(diào)整元件并連接到反相輸入以提供單位增益。對(duì)古老的線性穩(wěn)壓器器件的這種微小變化在多功能性和性能方面產(chǎn)生了巨大的收益。

圖1.LT3083 框圖。

現(xiàn)在，在這種新架構(gòu)中，在并聯(lián)穩(wěn)壓器時(shí)將每個(gè)SET引腳連接在一起，為所有誤差放大器提供了一個(gè)公共參考點(diǎn)，從而可以用毫歐鎮(zhèn)流器來平衡任何器件之間的失調(diào)變化。突然之間，很容易在需要的多個(gè)器件之間分散功耗，并根據(jù)需要調(diào)整輸出電流。這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，單個(gè)電阻為所有穩(wěn)壓器生成參考點(diǎn)，無論使用一個(gè)、十個(gè)還是一百個(gè)穩(wěn)壓器。此外，該架構(gòu)允許零電阻等于零輸出——不再有固定的基準(zhǔn)電壓來限制可用輸出電壓范圍的底端。

新架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

LT3080 1.1A 線性穩(wěn)壓器是首款采用精準(zhǔn)電流源架構(gòu)的線性穩(wěn)壓器，因此可以通過并聯(lián)任意數(shù)量的 LT3080 來產(chǎn)生高電流、表面貼裝電源。LT3083 緊隨 LT3080 的腳步，具有類似的高性能規(guī)格，但具有增加的 3A 輸出電流能力。這種新架構(gòu)提供的性能優(yōu)勢(shì)很多。

頻率響應(yīng)和負(fù)載調(diào)整率是固定的

對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，增益和帶寬會(huì)隨著輸出電壓通過電阻分壓器的變化而變化。旁路穩(wěn)壓器的反饋引腳會(huì)影響環(huán)路響應(yīng)。負(fù)載調(diào)整率不是一個(gè)固定值，而是當(dāng)電阻分壓器增加任何電壓偏差時(shí)輸出的固定百分比。此外，基準(zhǔn)電壓噪聲由同一電阻分壓器獲得。

使用電流源和單位增益緩沖器可消除這些缺點(diǎn)。由于誤差放大器始終處于單位增益，因此頻率響應(yīng)不會(huì)隨輸出電壓或旁路參考點(diǎn)而變化。負(fù)載調(diào)整率現(xiàn)在是一個(gè)固定值，與輸出電壓無關(guān)。由于旁路不會(huì)影響環(huán)路響應(yīng)，因此可以消除兩個(gè)噪聲源：基準(zhǔn)電流噪聲和電阻散粒噪聲使用單個(gè)電容器進(jìn)行靜音。這只在輸出端留下誤差放大器噪聲，并且無論輸出電壓如何，它都保持在固定水平。

一流的直流特性

LT3083 的 DC 特性與原始的 LT3080 相同。LT3083 將 NPN 調(diào)整器件的集電極分離出來，以最大限度地降低功耗。誤差放大器的負(fù)載調(diào)整率通常低于 1mV，在 50μA 基準(zhǔn)電流下幾乎無法測(cè)量。基準(zhǔn)電流的電壓調(diào)整率小于0.0002%/V，誤差放大器失調(diào)時(shí)典型值為2μV/V。基準(zhǔn)電流的溫度特性非常出色，在整個(gè)工作結(jié)溫范圍內(nèi)通常保持在0.2%以內(nèi)，如圖2所示。

圖2.參考電流溫度特性。

LT3083 還提供了凌力爾特器件聞名的所有保護(hù)功能：具有安全工作區(qū)保護(hù)的電流限制可在短路條件下保護(hù)器件免受損壞，而熱限制功能可在功率耗散過大的情況下確保器件安全。

一流的交流特性

不要以為為了實(shí)現(xiàn)高 DC 性能而犧牲了 LTC3083 的 AC 特性。瞬態(tài)響應(yīng)非常出色，輸出電容低至 10μF。無需添加ESR即可使用小型陶瓷電容器。在基準(zhǔn)電阻兩端使用一個(gè)旁路電容可提供慢啟動(dòng)功能;輸出電壓遵循由SET電阻和旁路電容產(chǎn)生的RC時(shí)間常數(shù)。并聯(lián)器件在噪聲性能方面也具有優(yōu)勢(shì)。并聯(lián)多個(gè) LT3083 穩(wěn)壓器可降低輸出噪聲，其方式與并聯(lián) n 個(gè)運(yùn)放可將噪聲降低 √n 倍相同。

應(yīng)用

LT3083 看似簡(jiǎn)單的架構(gòu)和高性能參數(shù)使其成為適用于基本線性穩(wěn)壓器以外的應(yīng)用的強(qiáng)大構(gòu)建模塊。它可以很容易地并聯(lián)以增加輸出電流并傳播熱量。主動(dòng)驅(qū)動(dòng)SET引腳是完全可以接受的;低失調(diào)和高輸出電流允許在高功率電平下提供高精度基準(zhǔn)電源。數(shù)字可編程電源可通過使用DAC驅(qū)動(dòng)SET引腳來實(shí)現(xiàn)。精確電流源的實(shí)現(xiàn)沒有太大的困難。可能性僅受用戶創(chuàng)造力的限制。

并聯(lián)穩(wěn)壓器增加電流并散發(fā)熱量

圖 3 示出了如何并聯(lián)多個(gè) LT3083 以增加輸出電流和散熱。請(qǐng)注意，平衡穩(wěn)壓器之間的負(fù)載所需的最小鎮(zhèn)流器。只需增加更多的LT3083，即可產(chǎn)生安靜、準(zhǔn)確的高電流表面貼裝電源。 功耗均勻分布在并聯(lián)穩(wěn)壓器上，但仍需要熱管理。穩(wěn)壓器兩端的壓降僅為0.5V，3A負(fù)載相當(dāng)于1.5W的功耗，推動(dòng)了表面貼裝設(shè)計(jì)的熱能力。

圖3.并聯(lián)穩(wěn)壓器可實(shí)現(xiàn)更高的電流和散熱。

高電流基準(zhǔn)緩沖器

創(chuàng)建高電流基準(zhǔn)電壓緩沖器只需很少的功夫，如圖4所示。在該電路中，一個(gè) LT1019-5 輸出連接以吸收穩(wěn)壓器的 50μA 基準(zhǔn)電流。該基準(zhǔn)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供 0.2% 的精度，即 10mV。LT3083 中的最大失調(diào)電壓為 4mV 時(shí)，輸出準(zhǔn)確度保持在 0.3% 以內(nèi)。LT3083 中的基準(zhǔn)電流準(zhǔn)確度不是影響輸出容差的一個(gè)因素，并且沒有電阻器來呈現(xiàn)電位容差變化。

圖4.高電流基準(zhǔn)電壓緩沖器。

數(shù)字編程輸出

以數(shù)字方式設(shè)置輸出電壓只需增加一個(gè)DAC來驅(qū)動(dòng)SET引腳。圖 4 重點(diǎn)介紹了 DAC 如何將 LT3083 輸出設(shè)置為在 1.5LSB 內(nèi)從 0 到高于 16V 的任意電壓。在該電路中，一個(gè)采用一個(gè) 4.096V 基準(zhǔn)的 LTC2641-12 通過 LT1991 驅(qū)動(dòng) LT3083 的 SET 引腳 （配置為增益為 4）。

同樣，LT3083 的嚴(yán)格規(guī)格也實(shí)現(xiàn)了如此出色的性能。請(qǐng)記住，在最小輸出電壓下工作時(shí)，必須滿足最小負(fù)載電流要求——在低輸入電壓下工作時(shí)，負(fù)載小于500μA，遠(yuǎn)低于需要5至10mA電流的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器。

簡(jiǎn)單的 2 端子電流源

在某些應(yīng)用中，電流源可能很難實(shí)現(xiàn)。有些必須以接地為參考，有些必須以正電源軌為參考，而最困難的設(shè)計(jì)需要浮動(dòng)的 2 端子器件。LT3083 可輕松配置為一個(gè) 2 端子電流源，只需調(diào)整外部電阻器的比率并添加補(bǔ)償即可，如圖 5 所示。電流源可以接地參考，參考正電源軌或完全浮動(dòng)，無需擔(dān)心。

圖5.數(shù)字可編程電源。

圖6.2端子電流源。

結(jié)論

隱藏在LT3083框圖所示的簡(jiǎn)單架構(gòu)后面的是一款高性能、高度通用、突破性的構(gòu)建模塊器件。LT3083 結(jié)合了 LT3080 的架構(gòu)飛躍、出色的 AC 和 DC 特性以及增加的電流，可輕松解決傳統(tǒng)的 3 端子或低壓差穩(wěn)壓器無法觸及的問題。它可用于工作電壓低至零伏的電源，并聯(lián)用于高電流和散熱，或動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。高電流線性電源現(xiàn)在可用于表面貼裝板，而不會(huì)犧牲性能。

審核編輯：郭婷