1.5A低壓差負輸出線性穩(wěn)壓器LT3091的工作原理、特點及應用

作者：凌力爾特公司 （現(xiàn)隸屬 ADI 公司）電源管理產(chǎn)品應用工程師Dawson Huang

于 2007 年推出的 LT3080 代表了一種新的線性穩(wěn)壓器架構，其具有一個作為基準的電流源和一個用于輸出放大器的電壓跟隨器。這種新型架構擁有諸多優(yōu)點，包括可容易地通過穩(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作，并未采用一個電阻設定分壓器，因此輸出電壓范圍內(nèi)的帶寬和絕對調(diào)整率是恒定的。瞬態(tài)響應與輸出電壓無關，而且調(diào)整率可用毫伏來規(guī)定，而不是輸出的一個百分比。

表 1 概述了采用這種架構的器件系列。LT3091 是這個系列中最新增加的器件，這是一款 1.5A 低壓差負輸出線性穩(wěn)壓器，具可調(diào)電流限制和電流監(jiān)視器。LT3091 與這個系列的另一款負輸出線性穩(wěn)壓器 LT3090 類似，但是額定電流比 LT3090 大超過一倍。

LT3091 在需要低噪聲或精確輸出的大電流、負電壓應用中很有用。該器件具快速瞬態(tài)響應、高 PSRR 和低輸出噪聲。低壓差有助于該器件在支持高達 1.5A 負載時避免過熱。內(nèi)置保護措施包括輸出反向保護、內(nèi)部折返電流限制和具遲滯的過熱停機。這種通用負輸出穩(wěn)壓器架構可在輸出低至零伏時運行，并可作為負輸出浮置穩(wěn)壓器使用。

表 1：采用電流基準架構的部分凌力爾特穩(wěn)壓器

工作原理

在地和 SET 引腳之間連接單個電阻器 RSET，這個電阻器驅(qū)動 ?50μA 精確電流源，負輸出電壓由這個電流源設定。內(nèi)部跟隨器放大器強制輸出電壓與 SET 引腳的負電壓匹配。在這種架構中，所有內(nèi)部工作電流都從輸出引腳流入。僅需要 20μA 負載電流來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，提供正和負輸出電流監(jiān)視器。當輸出電壓低于輸入電壓低時，LT3091 還提供反向保護。

圖 1：具電流限制及電流監(jiān)視器的 1.5A 負輸出線性穩(wěn)壓器

通過在 ILIM 和 IN 引腳之間連接一個外部電阻器 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負載，并限制該 IC 的溫度。

通過為 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，可測量該電流源的電流。通過將 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，正或負輸出電流都可以用最少的組件加以監(jiān)視，而無需額外的檢測電阻器或放大器。

并聯(lián)器件以增大電流

對于 LT3091 這種以電流源為基準的新型穩(wěn)壓器而言，多個器件并聯(lián)非常容易。器件并聯(lián)對于增大輸出電流或分散熱量很有用。既然 LT3091 設定為電壓跟隨器，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 LT3091 并聯(lián)以獲得 3A 輸出電流的電路原理圖。設定電阻器 RSET 現(xiàn)在流過的設定電流增大了一倍，因此輸出為 ?100μA 乘以 RSET。10mΩ 輸出電阻器 R OUT1，2 確保在滿標度電流時起到鎮(zhèn)流作用。為了獲得更大電流而并聯(lián)器件時，對可并聯(lián)器件的數(shù)量沒有限制。

圖 2：通過并聯(lián) LT3091 構成的 3A 負輸出線性穩(wěn)壓器

圖 3 顯示了圖 2 設計的熱量分布，U1 和 U2 達到了類似的溫度，表明電流是均分的。

圖 3：兩個 LT3091 并聯(lián)的熱性能

低噪聲正電壓至負電壓轉(zhuǎn)換器

負輸出轉(zhuǎn)換器用正的輸入電壓產(chǎn)生負電壓，并具備低輸出紋波。如果與 LT3091 等大帶寬 LDO 結合使用，所構成的轉(zhuǎn)換器可以提供非?？焖俚乃矐B(tài)響應，同時噪聲甚至可更低。

圖 4 顯示了低噪聲、電感器耦合的正電壓至負電壓轉(zhuǎn)換器。負輸出轉(zhuǎn)換器基于 LT3581，這是一款 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，具內(nèi)置電源開關。該器件采用 4mm x 3mm DFN 封裝和纖巧的外部組件，可與 LT3091 結合使用，構成緊湊的低噪聲解決方案。圖 5 顯示了兩個輸出電壓的瞬態(tài)響應。圖 6 顯示了整個系統(tǒng)的熱性能。

圖 4：低噪聲正電壓至負電壓轉(zhuǎn)換器提供 1.5A 電流和快速瞬態(tài)響應

圖 5：正電壓至負電壓轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應

100mV/DIV：每格 100mV

AC COUPLED：AC 耦合

圖 6：正電壓至負電壓轉(zhuǎn)換器的熱像

低噪聲正輸出和負輸出電源

用一個正輸出 1.5A LT3081 線性穩(wěn)壓器和與其對應的負輸出 1.5A 線性穩(wěn)壓器，可以構成一個大電流正輸入至正輸出和正輸入至負輸出轉(zhuǎn)換器。LT8582 是一款雙通道 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，具內(nèi)部開關，采用 7mm x 4mm DFN 封裝。該器件可從單一輸入產(chǎn)生正輸出和負輸出。

圖 7 顯示了一個用 LT8582、LT3081 和 LT3091 構成的 1.5A、12V 至 ±3.3V 低噪聲電源。圖 8 顯示了負壓軌的瞬態(tài)響應。圖 9 顯示了整個系統(tǒng)的溫度。

圖 7：12V 至 ±3.3V 低噪聲電源

圖 8：在 VOUT2 負載瞬變的瞬態(tài)響應

圖 9：12V 至 ±3.3V 低噪聲電源的熱像

在需要低噪聲、高速 ±3.3V 電源的高速運算放大器中，可以用這種配置作為運算放大器的電源。

結論

LT3091 是一款 1.5A、低壓差、以電流為基準的負輸出線性穩(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、高 PSRR 和低輸出紋波，因此非常適合作為后穩(wěn)壓器使用。LT3091 還可用來構成能吸收和提供電流的電源。

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