不含电阻分压器的调节环路
摘要:新设计的控制环路架构能够产生超低的噪声电压,并且可同时适用于线性稳压器与开关稳压器。除了实现低噪声外,这种架构还使得噪声水平与设定的输出电压无关。这也使得可以实现低至0V的超低输出电压。电源转换器通常包含控制环路,无论输入电压或负载电流如何变化,都能维持设定的输出电压。电阻分压器常常被用于检测输出电压。图1展示了一个降压型稳压器电路。在该控制环路中,电阻分压器(RFB1和RFB2)将产生的输出电压调节到内部基准电压(VREF)所指定的水平。这个基准电压通常设置为12V、08V或06V。随后,误差放大器(图1中的运算放大器)的输出会被馈送到控制块,该控制块负责管理电源开关(MOSFET)的开关时间。

图1.配有电阻分压器的电源转换器的控制环路。
长期以来,这种传统调节方法一直是行业标准做法。然而,如今一种更优的替代方案应运而生,它在电源转换方面具有诸多优势,广泛适用于开关稳压器和低压差(LDO)稳压器等器件。图2呈现的新构想采用了单位增益架构,在此架构中,输出电压直接馈入误差放大器,并通过连接到内部电源的一个电阻(RSET)进行调节。与图1中采用电阻分压器的传统方法不同,新配置允许输出电压向下调节至0 V,而在传统方法中,最小可调节电压只能达到与内部安装的基准电压相当的水平。
另一个优点是,在低于100 kHz的低频下能够产生更少的噪声。通过并入一个CSET电容,它可对来自内部电流源的低频干扰进行平均处理,从而大幅降低这些干扰。
在这种新架构中,电阻分压器的电阻不会引入额外的噪声,使得噪声特性在很大程度上与输出电压无关。因此,低频噪声不会随着输出电压的升高而增加。
ADI公司的许多超低噪声线性稳压器,例如20 V、500 mA超低噪声LDO稳压器LT3045等,都采用了这种环路调节技术。第三代Silent Switcher®系列新型降压型开关稳压器,如LTC8625S,就是运用这种创新方法设计的。

图2.配有单位增益架构的电源转换器的控制环路。
图3展示了第三代Silent Switcher开关稳压器LT8625S,使用免费仿真程序LTspice®进行建模。这款开关模式电源转换器支持高达18 V的输入电压,并且能够在高达8 A的负载电流下运行。在输出电压方面,它在10 Hz至100 kHz的频率范围内产生4 μV rms的低频噪声。此外,它还内置了一个精密电流源,在-40°C至+125°C的整个允许温度范围内,精度可达±0.8%。

图3.配有单位增益架构的第三代Silent Switcher开关稳压器。
在图3所示的电路中,输出电压是通过SET引脚上的电阻R5来设置的。值得注意的是,输出电压和PGFB引脚之间存在一个由R3和R2组成的电阻分压器。这个电阻分压器并不影响控制环路,仅用于使PG引脚正常工作。
此设计实现了从传统成熟方法(例如在控制环路中应用电阻分压器)向更为先进的现代技术(例如单位增益架构)的转变。这一进步意义重大,使得低频范围内的噪声水平得到了大幅降低。此外,残留的少量噪声并不取决于设定的输出电压,从而能够实现低至0 V的极低电压输出。许多新型线性稳压器和开关稳压器都采用了这一创新技术。
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