分析新一代线性稳压器的崭新应用 科学技术, 电容器, 稳压器, 领域, 能力

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随着科学技术的进步，线性稳压器在各个领域的应用。线性稳压器的用处很大，可以使用在很多场合。现在，我们以LT3080芯片为例来介绍线性稳压器的新应用。
LT3080 没有任何折衷地实现了高性。该器件具有 1.2V 至 40V 的宽输入电压能力，满负载时低压差电压仅为 300mV。宽 VIN 和 VOUT 能力、严格的电压和负载调节、高纹波抑制、低噪声、稳定的 10uA 电流源基准、用陶瓷、铝或钽电容器可稳定、限流和热限制功能、外部器件数少和并联能力使该器件非常适用于现代多轨系统。
LT3080 采用各种耐热增强型表面贴装兼容封装，包括扁平 (0.75mm) 8 引线 DFN (3mm x 3mm)、8 引线耐热增强型 MSOP 和简单易用的 3 引线 SOT-223 封装。这些封装在没有散热器的表面贴装应用中都能散出 1W 至 2W 的热量。此外，该器件还采用 TO-220 功率封装，以适合安装到散热器上，用于较高功耗的应用。
LT3080摒弃了电压基准，并采用一个基准电流来设定输出。如图1所示，由单个电阻来设定稳压器中的一个电压跟随器的输出。这使得热量能够在电路板上散播，从而免除了散热器。此外，输出晶体管的集电极是单独引出的，因而允许插入一个与集电极相串联的降压电阻。这将把IC稳压器产生的部分功耗移动至电路板上的一个电阻，从而进一步地增强散热效果，并免除了增设一个散热器的需要。表1罗列了该稳压器的基本规格。


图1 LT3080的基本工作原理


图2示出了一对并联的稳压器。虽然图中仅示出了两个稳压器，但如需提供更高的输出电流，则可并联任何数目的稳压器。所有的稳压器均将其输入、其设定引脚和其输出连接在一起。插入了一小段与输出端相串联的PC走线以充当一个镇流电阻，10～15mΩ的电阻便足以对稳压器的输出进行镇流，并提供上佳的均流作用。输出电压以相同的方式进行调节，但是，如今的电流不是10μA，而是N×10μA。当并联两个稳压器时，对于每50kΩ的接地电阻，这将提供一个1V的输出电压。


图2 LT3080的并联运作
也可以把LT3080与固定输出稳压器相并联，以增加单个器件的输出电流。当单个器件未能提供足够的电流，或者由于系统变更的原因而需要进行简单的系统修改(以增大电源电流)时，这是很有用处的。
压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成，当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定。容量较大的稳压器，还采用电压补偿的原理工作。


图3 增加一个固定稳压器的输出电流
同样，必需采用15～20mΩ的镇流电阻，以使两个IC共享电流。但是，由于固定输出稳压器LT1963-3.3并不具有一个“设定引脚”，我们必须提供一个用于连接LT3080的设定引脚的点。从固定稳压器的输出端引出的一个分压器可提供一个比固定输出低4mV左右的电压。如果没有该偏移，则LT3080有可能供应电流，从而强制输出在轻负载或无负载条件下处于高电平状态。
在轻负载时，LT3080的设定引脚电平保持为负值。当固定稳压器和LT3080上的负载均增加时，镇流电阻两端的压降将缓慢地接通LT3080，这样就提供了输出电流的一部分。当镇流电阻为20mΩ且总输出电流为2A时，LT3080将供应大约75%～80%的输出电流。为了实现较为精密的输出电流匹配，必须增加镇流电阻。
在许多类型的应用中，电流源都是很有用的组件。LT3080可提供一个具有极佳DC性能的“二端”电流源。由于LT3080必需含有一个输出电容器(用于提供频率补偿)，因此使得该器件的适用性略有下降，原因是它不能用作一个AC电流源。不过，LT3080具有非常高的增益，因而允许利用小幅压降来确定输出电流，并产生非常高的DC输出阻抗。


图4 示出了两种用于LT3080的“二端”电流源配置
在一个阻值为10kΩ的设定电阻两端将产生约100mV的电压降。这100mV电压降也会出现在电流设定电阻的两端，并把总输出电流设定为0.1V除以输出设定电阻阻值(加10μA)。如果需要，可以采用较高的压降来改善准确度。


图5 面向通用型电源的跟踪预稳压器
频率补偿利用一个连接在输入引脚和输出端之间的电容器来实现。通过按图示的方法进行频率补偿配置，流过电容器的电流将被包含在反馈环路之内，而且不会作为电容出现在器件的两端。如果输入电压发生变化，则电流将会由于电压变化的原因而流过电容器。而且AC输出阻抗将减少。LT3080的低设定电流以及稳压环路的高增益使其成为一款出色的电流调节器。凭借一个仅0.3mA的低静态电流，该电路适合于低至1mA或高至1A的电流源。电流源的温度系数是稳压器的温度系数加上电阻阻值随温度而发生的变化所产生的任何漂移。
由于LT3080能够在低至0V的电压条件下运作，因而使其成为通用型试验室电源的合适之选。然而，如果工作电压范围很高，图5中的电路示出了一个与LT3080相连的开关预稳压器，该稳压器通过把输入电压控制在比输出高大约1.5V的电平上而将功耗抑制在低至1.5W左右。
LT3080被连接至一个P沟道FET的栅极和源极。该P沟道FET的“接通”门限设定了LT3080两端的压差电压。P沟道FET的漏极与一个开关稳压器的反馈引脚相连。
当该电路被接通时，开关稳压器输出将上升，直到流过P沟道FET的电流足以使反馈引脚(FB)的电压升至1.2V为止，这会降低开关稳压器的输出。LT3080随后将在其两端加有约一个MOS门限电压的条件下运作。调整LT3080的设定电阻可设定输出电压，且输入电压将跟踪比输出高1.5V的电压。
图6示出了一款功耗更低的开关稳压器。这里采用的是一个PNP的射极-基极电压，而不是P沟道FET的门限电压。当把多个LT3080器件并联起来以提供高电流时，以确保在控制电路两端具有足够的工作电压。同样，开关稳压器将跟踪输出，而且输出可被调节低至0V。


图6 用于较高电流电源的预稳压器