一般来说,DCDC开关稳压器都是固定电压输出。通过添加电阻分压电路,我们可以实现调节输出电压的效果。但是传统的分压电路,电源精度受分压电阻影响,调节电压范围受限,无法调节到0V。
本文介绍一种ADI新的技术,针对这两个缺点,看看是如何解决的。
1.传统分压电阻调节的稳压电路
下图是一个分压电阻调节的稳压器电路的实例:
这是一个降压型稳压电路,电源转换器通常包含一个控制环路,以维持设定的输出电压。
右侧的电阻(RFB1和RFB2)构成一个分压电路。将生成的输出电压,根据内部参考电压VREF,调节到指定电压。一般情况下,输出电压无法调节到低于内部参考电压VREF。
如果需要把输出电压调整低至0伏。需要在电阻分压电路上,外加一个偏置正电压源(如下图红框里所示),用于调节输出电压。该偏置正电压源可由线性稳压器(LDO)或基准电压源产生。
图2.传统稳压器电路,外加的偏置正电压源连接
这么做的话,依旧电阻分压器的电阻精度,以及偏置正电压源精度会直接影响所产生的电源电压精度。
2.ADI输出电压调节新方案
如下图,电源输出电压直接反馈到芯片内的误差放大器。输出电压通过连接到内部电源的电阻(RSET)进行调整。这种配置可将输出电压调整至0V。
另一个优势是在低于100kHz的低频下产生更少噪声。通过加入CSET电容,可平滑内部电流源的低频干扰,大大减少这些干扰。
实例分析1:
ADI的第三代SilentSwitcher系列的新型降压开关稳压器LT8625S用到了此技术。
图4.ADI新型降压开关稳压器LT8625S
参考电压:LT8625S有一个精密的100μA电流源从SET引脚流出并连接到误差放大器的同相输入端。参考电压等于SET引脚电流乘以RSET。
我们只需要1%RSET电阻值,就可以完成对于输出电压的设定。下面是输出电压与电阻对应关系:
比如,想要实现0.8V输出,可以将8.25kΩ与267kΩ并联来实现(几乎)正好为8kΩ。当然,为实现更高精度,可以使用0.1%的电阻。
电流参考的优势:
与传统稳压器中使用的电压参考相比,使用电流参考的好处是稳压器始终以单位增益配置运行,与编程的输出电压无关。这使得LT8625S具有独立于输出电压的环路增益、频率响应和带宽。此外,由于不需要误差放大器的增益将SET引脚电压放大到更高的输出电压,因此输出负载调整率更严格。
设计要点:
SET引脚的任何漏电流都会导致输出电压产生误差。所以,如果有必要,可以使用高质量绝缘材料制成的PCB板材,比如特氟龙。
SET引脚是高阻抗节点,不需要的信号可能会耦合到SET引脚并导致不稳定行为。在重负载电流下以最小输出电容运行时最明显。通过一个小电容将SET引脚旁路到地可以解决这个问题,100nF就足够了,这是最小推荐电容值。当然大一点更好。
对于需要更高精度或可调输出电压的应用,SET引脚可以由能够吸收100μA的外部电压源主动驱动。将精密电压参考连接到SET引脚可消除由于参考电流和SET引脚电阻容差而在输出电压中出现的任何误差。
更多内容请看:
LT8625S数据手册
实例分析2:
除了开关稳压器之外,ADI的线性稳压器,LT3045,也都采用了这种环路调节技术。同样,有一个精密的100μA电流源从SET引脚流出并连接到误差放大器的同相输入端。
图5.ADI的线性稳压器,LT3045
同样只需要1%RSET电阻值,就可以完成对于输出电压的设定。下面是输出电压与电阻对应关系:
电流参考的优势与设计要点:
采用电流参考的好处在于输出电压变化时,噪声、PSRR和瞬态性能不改变,且输出负载调整率更严格。同时,SET引脚电阻应采用精密电阻,防止漏电影响输出电压,在高湿度环境下可能需要在SET引脚进行表面涂层以提供防潮屏障。
LT3045数据手册
更多产品:
LT3045开发板,一款具有可编程电流限制的500mA超低噪声、超高电源抑制比(PSRR)低压差(LDO)稳压器。在3.8V至20V的输入电压范围内工作,LT3045可提供最大500mA的输出电流。除了具有超低噪声和超高PSRR之外,该稳压器还提供可编程电源良好功能以及可编程电流限制,还可通过感测ILIM引脚电压实现电流监测。从而,助力缩短开发周期
总结:
传统分压电阻调节的稳压电路
ADI输出电压调节新方案
优劣势:
最后:
ADI的输出电压调节新方案优势很明显,它解决了传统分压电阻调节稳压电路的问题。新的设计架构,使得在低频范围内产生更低的噪声水平。而且,剩余的最小噪声不依赖于设定的输出电压,能更大范围地调节电压。