作者:Kevin Scott, Amit Patel, and Dawson Huang
LT®0342 是一款 200mA、1.8V 至 20V 输入、线性稳压器,其目标是低噪声 RF 和无线威廉希尔官方网站 。它具有业界领先的 0.8μV 电压有效值输出噪声(10Hz至100kHz)和令人印象深刻的79dB PSRR(1MHz)。一些客户要求将电流提高到200mA以上,同时仍保持低噪声和高PSRR。本文探讨了获得更高输出电流的三种方法,并提供了实用的输入,以帮助您确定哪种方法最适合您的威廉希尔官方网站 条件。这三种方式是:
使用外部 PNP 转换器
使用外部 NPN 晶体管
并联使用多个 LT3042
选择的PNP和NPN功率晶体管分别是安森美半导体D45VH10和D44VH10。
线性稳压器和PSRR
有几个因素决定了线性稳压器的PSRR。其中包括内部控制环路的开环增益、误差放大器的带宽、单位增益频率、输出电流、输出电容的有效串联电阻(ESR)和温度效应。由于 LT3042 已经包括一个内部调整管并具有一个预先确定的调节环路,因此其中几个参数已经固定。我们能做的是调整PNP和NPN威廉希尔官方网站 以优化威廉希尔官方网站 的性能。
LT®3042 线性稳压器
首先观察 LT3042 的噪声频谱密度与频率的关系。注意如何增加 C设置电容(基准电压两端的电容)改善了较低频率的噪声密度,增加了输出电容(C外)提高了300kHz至2MHz频率范围内的噪声密度。
LT3042 在接近其压差电压时保持了卓越的 PSRR。下图显示了PSRR与输入/输出差分电压的函数关系。在满 200mA 负载下,典型压差为 350mV。高于 1V 输入/输出差分,对于 100kHz 至 2MHz 的频率范围,PSRR 大于 70dB。
外部 PNP 晶体管威廉希尔官方网站
对于PNP威廉希尔官方网站 ,我们可以调谐发射极和基极之间的阻抗网络,并调整输出电容。D45VH10G 晶体管基极和发射极之间的 10Ω 电阻器限制了从基极到 LT3042 IN 引脚的电流。该电阻值越高,瞬态响应越快,获得的PSRR越高。但是,该电阻越高,系统就越不稳定。因此,我们增加了一个22uF电容,并串联一个0.2Ω电阻以确保稳定性。这些值是通过经验获得的。电容值越高,获得的PSRR越高。使用具有低有效串联电阻(ESR)和低有效串联电感(ESL)的输出电容器也能获得最佳性能。选择10uF电容器。
LT3042 具有外部 PNP 以增加 I外
测试结果如下所示。第一张图是该威廉希尔官方网站 的噪声频谱密度图与 1A 时的频率的关系图,与 LT3042 在 0.2A 时的噪声频谱密度图的比较。请注意,外部PNP威廉希尔官方网站 在大约1MHz时提供类似的性能。在1MHz时,两个图表发散,PNP威廉希尔官方网站 显示噪声密度急剧下降,然后在较高频率下明显增加。
下图左侧显示了采用2V输入/输出差分的外部PNP解决方案时PSRR与频率的变化。请注意,PSRR 仍然非常好 (70dB PSRR 意味着任何开关噪声都会衰减约 3000),但 PSRR 性能下降 10dB (与没有 PNP 的 LT3042 相比)意味着不带 PNP 的 LT3042 要好 3 倍。注意PSRR如何随着负载电流的减小而改善。右图显示了PSRR如何随着输入/输出电压差的增加而变化。按最高PSRR的顺序列出结果,得到100kHz,2MHz,500kHz,然后是1MHz。
PSRR, V在-V外= 2V
PSRR, I外= 1.5A
外部 NPN 晶体管威廉希尔官方网站
现在,让我们将分析转移到使用NPN晶体管来增加输出电流,如下面的威廉希尔官方网站 所示。在正常工作(无外部晶体管)下,OUT引脚直接连接到OUTS(输出电压检测引脚)。但是,为了提高威廉希尔官方网站 稳定性,OUT和OUTS引脚之间的阻抗网络需要调整。10kΩ电阻限制从基极流向OUTS的电流。10uF电容稳定系统。
LT3042 具有外部 NPN 以增加 I外
下图显示了 200mA LT3042 威廉希尔官方网站 与 1A LT3042 加 NPN 解决方案之间的噪声密度差异。NPN解决方案在大约100kHz之前具有略高的噪声密度,但随后其噪声密度显着下降。在3MHz附近,图形图交叉。
下图和左图显示了使用与PNP威廉希尔官方网站 相同的条件时NPN威廉希尔官方网站 的PSRR与频率的变化。比较这些结果揭示了类似的负载电流趋势,即;PSRR随着负载电流的增加而增加。在两个威廉希尔官方网站 的输出电流相似(例如1A)的情况下,NPN威廉希尔官方网站 从低得多的PSRR值(60dB)开始,并随着频率的增加相当一致地上升到近80dB;PNP威廉希尔官方网站 数据呈弯曲形状——它从高PSRR(80dB)开始,下降到约60dB,然后在较高频率下再次上升到大约70dB。
PSRR, V在-V外= 2V
PSRR, I外= 1.0A
现在观察 PSRR 与 V在-to-V外右侧的差分图。即使输出电流略低于上述类似的PNP威廉希尔官方网站 (1A与1.5A),也可以进行一些一般性观察。首先,PSRR随着MOSFET接近压差而降低。此外,随着V电压的提高,PSRR至少提高了20dB。在-to-V外差分大于3.5V。对于NPN威廉希尔官方网站 ,频率的排名,从高到低,最佳PSRR列在第一位:2MHz,1MHz,100kHz和500kHz。请注意,这与PNP威廉希尔官方网站 有何不同,PNP威廉希尔官方网站 的频率排序顺序为100kHz,2MHz,500kHz,然后是1MHz。
接下来观察PNP和NPN威廉希尔官方网站 的瞬态响应。在1A负载阶跃下,NPN威廉希尔官方网站 的建立时间要长得多,但峰值电压确实低了约25%。强调上述差异的目的不是详细解释原因,而是展示不同的元件和威廉希尔官方网站 条件如何影响威廉希尔官方网站 的运行。如果没有适当的理解和评估,这些差异可能会导致性能、稳定性和可靠性问题。
NPN 瞬态响应
PNP 瞬态响应
并联 LT3042 的
增加输出电流的另一种方法是并联多个 LT3042 的输出。LT3042 具有一个精准的电流源基准片内,这使得并联输出和均流变得非常简单。每个输出端都需要一个小的镇流电阻器,以防止输出相互对抗。下图示出了四个 LT3042,其输出并联以获得一个 0.8A 解决方案。
并联器件的一个关键优势是降低了输出噪声频谱密度。为了更好地理解为什么会发生这种情况,请参阅博客“并联放大器提高SNR性能”虽然本博客讨论了放大器噪声,但相同的概念也可以应用于线性稳压器输出噪声。下图显示了 LT3042、LT3042 加外部 PNP 晶体管、LT3042 加外部 NPN 晶体管和并联 LT3042 威廉希尔官方网站 的结果。正如预期的那样,并行解决方案具有最佳性能。
并联器件的另一个优点是PSRR不会降低;如下图所示,它保持相对恒定,与NPN和PNP威廉希尔官方网站 不同。NPN 威廉希尔官方网站 数据为浅棕色,PNP 数据为蓝色,LT3042 数据为红色,并联的 LT3042 威廉希尔官方网站 数据为绿色。红线和绿线非常相似;并联威廉希尔官方网站 在整个频率范围内保持高PSRR。
最后,正如人们所期望的那样,并联的LT3042威廉希尔官方网站 具有最佳的瞬态响应。NPN和PNP威廉希尔官方网站 的附加威廉希尔官方网站 使控制环路复杂化,并减慢了瞬态响应。利用四个并联的 LT3042 (800mA) 时,瞬态响应具有较小的过冲和下冲,建立速度比 1A PNP 威廉希尔官方网站 快约 20 倍,比 1A NPN 解决方案快 100 倍。
总之,有几种方法可以增加超低噪声、超高PSRR LT3042的输出电流。从上述数据可以看出,并行解决方案可产生最佳的PSRR、最佳的噪声频谱密度和最佳的瞬态响应。如果其中任何一个是关键设计规范,则建议使用此解决方案。该解决方案还提供电流限制和热关断保护。然而,权衡是解决方案成本。
PNP 解决方案更具成本效益,并且在需要大于 1A 的输出电流时具有更好的 PSRR。它具有1.5V (近似)压差,不提供热关断保护。
NPN解决方案还具有成本效益,当输出电流小于1A时具有更好的PSRR。它还具有1.5V (近似)压差,不提供热关断保护。
审核编辑:郭婷
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