并聯(lián)極低壓差線性穩(wěn)壓器，以增加輸出電流和均勻的熱量分布

作者：Molly Zhu and Fei Guo

每一代計算系統(tǒng)都需要比其前代產(chǎn)品更高的總功率和更低的電源電壓，這給電源設(shè)計人員帶來了挑戰(zhàn)，需要在小面積內(nèi)跟上更高的輸出電流。在高功率密度和低輸出電壓下，散熱問題上升到設(shè)計優(yōu)先級列表的首位，特別是對于低噪聲應(yīng)用中的線性穩(wěn)壓器。并聯(lián)LDO穩(wěn)壓器可以提高電源電流能力并減輕散熱，從而減少任何特定組件的溫升以及所需的冷卻設(shè)備尺寸和數(shù)量。

本文介紹如何將3 A LT3033超低壓差穩(wěn)壓器（VLDO）并聯(lián)，用于需要高于3 A電流的應(yīng)用，并具有散熱擴散的額外優(yōu)勢。LT3033 由于其內(nèi)置的輸出電流監(jiān)視功能，因此能夠輕松并聯(lián)和電流平衡。

LT3033將1.14 V至10 V輸入電源轉(zhuǎn)換為低至0.2 V的輸出，負載電流高達3 A。滿載時壓差僅為95 mV。工作期間靜態(tài)電流為1.8 mA，關(guān)斷時降至22 μA。可編程電流限制和熱保護使其具有高電流、低電壓應(yīng)用所需的魯棒性。

供參考：3 A，單VLDO應(yīng)用

圖1顯示LT3033采用1.2 V輸入電源提供0.9 V/3 A電壓。為了保持穩(wěn)定性，IN和OUT引腳至少需要10 μF極低ESR陶瓷電容。增加一個前饋電容（CFF） 從 V外ADJ引腳可以改善瞬態(tài)響應(yīng)并降低輸出電壓噪聲。從REF/BYP引腳到GND的10 nF旁路電容通常在10 Hz至100 kHz帶寬內(nèi)將輸出電壓噪聲降至60 μV rms，并軟啟動基準電壓源。穩(wěn)壓所需的最小輸入電壓等于穩(wěn)壓輸出電壓V外加上壓差或 1.14 V，以較大者為準。演示板如圖2所示。

圖1.LT3033的典型應(yīng)用。

圖2.LT3033 演示板。

電流限制可通過將單個電阻器從 ILIM 引腳連接到 GND 來設(shè)置，在很寬的溫度范圍內(nèi)精確到 ±12%。當輸入和輸出差分電壓超過5 V時，外部電流限制可以通過折返的內(nèi)部電流限制來覆蓋。

LT3033 通過一個電阻器將 IMON 引腳拉至GND來提供一個輸出電流監(jiān)視器。IMON 引腳是一個 PNP 的集電極，它以 1：2650 的比率鏡像 LT3033 輸出 PNP。電阻電壓與輸出電流成正比，如果不高于V外– 400 mV。

該輸出電流監(jiān)視器可實現(xiàn)多個 LT3033 的均流。

盡管 LT3033 的尺寸很小，但它還包括許多保護功能，包括具有折返功能的內(nèi)部電流限制、熱限制、反向電流和電池反接保護。

將兩個LT3033并聯(lián)用于6 A應(yīng)用

對于需要3 A以上電流的應(yīng)用，可以利用其電流監(jiān)控器功能并聯(lián)多個LT3033。圖3顯示了兩個LT3033與兩個2N3904 NPN器件并聯(lián)以產(chǎn)生1.5 V、6 A輸出。各個 IN 引腳和 OUT 引腳分別連接在一起。一個 LT3033 充當主器件，控制 LT3033 從器件。

IMON引腳與NPN電流鏡相結(jié)合，構(gòu)成一個簡單的放大器。該放大器向從機 LT3033 的反饋分壓器注入電流，以強制來自每個 LT3033 的 IMON 電流相等。100 Ω電阻在滿載時提供113 mV發(fā)射極退化，以確保良好的電流鏡匹配。從機LT3033的輸出電壓設(shè)置為1.35 V，比電路輸出低10%，以確保主LT3033保持控制。從器件 LT3033 的反饋電阻器被分成多個部分，以確保從機 NPN 有足夠的裕量。從器件頻率的IMON引腳上增加一個10 nF、5.1 kΩ電容和電阻組合，用于補償反饋環(huán)路。

圖3.并聯(lián)兩個 LT3033。

雖然該電路可以提供6 A負載電流，但均流精度受到兩個NPN器件之間失配的限制——失配會導致電路板上的熱量分布不均勻。通過使用匹配的單芯片晶體管（例如ADI公司的MAT14）來代替兩個分立式NPN器件，可以實現(xiàn)更高的均流精度。MAT14 是一款四通道單芯片 NPN 晶體管，具有出色的參數(shù)匹配性能。其最大電流增益匹配為4%。

圖4分別比較了使用分立和匹配NPN器件的每個LDO穩(wěn)壓器的輸出電流。與2N3904相比，MAT14電流鏡將電流失配從5.3%降低到1.6%。

圖4.通過使用MAT14匹配單芯片四通道晶體管和并聯(lián)LDO穩(wěn)壓器，可以減少均流失配。

使用匹配的組件并聯(lián)四個 LT3033，以實現(xiàn)良好的平衡電流和均勻的散熱

通過擴展電流鏡和添加從器件 LT3033，并聯(lián)電路架構(gòu)可根據(jù)需要擴展到任意數(shù)量的 LT3033。圖 5 示出了采用 MAT14 實現(xiàn)均流并聯(lián)四個 LT3033 的解決方案。熱性能如圖6所示。四個 LT3033 的溫度范圍為 51°C 至 58°C。 考慮到每個器件沿輸入走線的壓降，熱量均勻地分布在電路板上，表明該解決方案的均流是平衡的。圖7顯示了采用1.8 V輸入供電的1.5 V輸出、12 A電源的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖5.四個 LT3033 采用 MAT14 并聯(lián)。

圖6.四個并聯(lián)的 LT3033 的熱性能。

圖7.四個 LT3033 并聯(lián)的負載瞬態(tài)響應(yīng)。

結(jié)論

LT3033是一款3 A VLDO穩(wěn)壓器，采用3 mm×4 mm封裝。多個 LT3033 VLDO 穩(wěn)壓器由于其內(nèi)置的輸出電流監(jiān)視器功能，可并聯(lián)用于高電流應(yīng)用。LT3033 在滿載時的典型壓降僅為 95 mV，非常適合低輸入電壓至低輸出電壓、高電流應(yīng)用，其電效率可與開關(guān)穩(wěn)壓器相媲美。其他特性包括可編程電流限制、電源良好標志和熱限制，可實現(xiàn)可靠和穩(wěn)健的解決方案。電池供電系統(tǒng)受益于低靜態(tài)電流和電池反接保護。

審核編輯：郭婷