用于數(shù)字IC電源的雙通道線性穩(wěn)壓器可實現(xiàn)即時輸出調(diào)整和動態(tài)裕量優(yōu)化

簡介

低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器通常用于向處理器內(nèi)核和通信電路提供干凈的電源。在這些應(yīng)用中，由于處理器和功率放大器對電源輸出噪聲和負載瞬態(tài)響應(yīng)有嚴格的性能要求，因此會專門使用LDO穩(wěn)壓器。這些電路通常需要一個能夠滿足每個IC的電流額定值和供電軌要求的LDO穩(wěn)壓器，以便盡量減小解決方案尺寸。

LDO穩(wěn)壓器通常需要進行硬件修改以調(diào)整輸出電壓，但如果規(guī)格不斷變化，則更改電路板和組件可能會增加開發(fā)時間。在此類應(yīng)用中，具有軟件可編程輸出電壓的LDO穩(wěn)壓器可以節(jié)約時間和成本。

不過，LDO穩(wěn)壓器輸出的軟件控制只能解決部分問題。LDO穩(wěn)壓器通常用作開關(guān)穩(wěn)壓器的后置穩(wěn)壓器。從LDO穩(wěn)壓器的角度看，開關(guān)穩(wěn)壓器通常用于在其到達線性穩(wěn)壓器之前對輸入功率進行預(yù)調(diào)節(jié)。理想情況下，開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出應(yīng)正好有適當?shù)脑Ａ浚ǜ哂贚DO穩(wěn)壓器的壓差），使LDO穩(wěn)壓器能夠在最有效的區(qū)域內(nèi)運行，并優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。為了保持LDO穩(wěn)壓器的適當輸入電壓，必須根據(jù)LDO穩(wěn)壓器的輸出調(diào)整開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出。同樣，這最好在不需要進行昂貴的硬件修改的情況下實現(xiàn)。

 LT3072 雙通道2.5 A線性穩(wěn)壓器能夠滿足數(shù)字IC電源的挑戰(zhàn)性需求，即使LT3072采用前置穩(wěn)壓器輸入電源，也可以進行與硬件無關(guān)的輸出電壓調(diào)整。LT3072具有UltraFast?瞬態(tài)響應(yīng)和80 mV的低壓差，使其能夠在負載快速變化時輕松產(chǎn)生精確調(diào)節(jié)的電源電壓。

只需使用10 μF (1 μF + 2.2 μF + 6.8 μF)輸出電容即可獲得LT3072帶來的12 μV rms的低輸出噪聲和超快瞬態(tài)響應(yīng)。低噪聲對于通信或傳感器電路保持其高性能至關(guān)重要。

LT3072在單個封裝中集成了兩個完全獨立的2.5 A LDO穩(wěn)壓器。LT3072的0.6 V至2.5 V輸出電壓范圍足夠?qū)挘軌驗楦鞣N數(shù)字IC供電軌供電。在LT3072上設(shè)置幾個三態(tài)引腳，可編程設(shè)定每個通道的輸出電壓，這可通過跳線、微控制器或電源系統(tǒng)管理(PSM) IC輕松實現(xiàn)。

圖1.雙通道2.5 A LT3072的超快負載瞬態(tài)響應(yīng)、12 μV rms輸出噪聲和80 mV壓差特性能夠滿足具有嚴格功率要求的數(shù)字IC需求。該原理圖顯示，三態(tài)VO1B2–0和VO2B2–0引腳的OUT1和OUT2分別固定為2.5 V和0.6 V，但只要更改這些引腳上的狀態(tài)就可改變輸出電壓，無需耗時昂貴的硬件修改，即可實現(xiàn)對LT3072的軟件控制。

具有低噪聲和超快瞬態(tài)響應(yīng)的可編程雙通道輸出

圖1顯示獨立電路中的LT3072，適用于具有嚴格功率要求的數(shù)字IC負載。嚴格電源規(guī)范的一個重要組成部分是能夠快速響應(yīng)負載瞬變，如圖2中LT3072的超快瞬態(tài)響應(yīng)曲線所示。

每個輸出值都由三個三態(tài)引腳設(shè)定：VO1B2、VO1B1、VO1B0、VO2B2、VO2B1和VO2B0。每個三態(tài)引腳通過接地、浮空或?qū)ζ涫┘与妷簛碓O(shè)置。通過這種方式，可將輸出設(shè)定為0.6 V至2.5 V。

除了設(shè)置標稱編程電壓之外，還可以通過輸入裕值設(shè)置對編程的輸出電壓進行±10%的調(diào)整。相應(yīng)的輸入電壓可低至200 mV，高于或略高于2.5 V和0.6 V輸出電壓，以便優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)性能裕量。輸出電壓狀態(tài)由PWRGD引腳指示，還有一些引腳用于模擬監(jiān)控輸出電流，也可設(shè)定±7%精度輸出限流值。此外還有模擬監(jiān)控裸片溫度的引腳。

圖2.LT3072的單輸出超快瞬態(tài)響應(yīng)顯示只需使用10 μF (1 μF + 2.2 μF + 6.8 μF)輸出電容即可實現(xiàn)微秒建立時間。中間的跡線顯示可使用額外的電容來限制偏移振幅，但建立時間略長。

前置穩(wěn)壓器的動態(tài)控制

LT3072可動態(tài)控制其前面的開關(guān)輸出。這樣就可以對LDO穩(wěn)壓器的輸出電壓進行即時調(diào)整，同時將其輸入電壓保持在一個能維持高效率和快速負載瞬態(tài)響應(yīng)的水平。

圖3中LT3072的前置穩(wěn)壓器電源采用 LT8616 ，這是一款42 V、雙通道1.5 A/2.5 A同步單片降壓穩(wěn)壓器。此設(shè)置可接受單個3.6 V至42 V系統(tǒng)輸入電壓范圍。在此解決方案中，LT3072的OUT1的可編程輸出范圍為0.6 V至1.8 V。OUT1通道使用VIOC控制相應(yīng)的LT8616輸出，使LDO穩(wěn)壓器在最佳效率和瞬態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)工作。使用VO1B2-1引腳可在0.6 V至1.8 V之間動態(tài)調(diào)整OUT1。

OUT1線性穩(wěn)壓器通道的限流值設(shè)置為1.8 A，略高于LT8616通道1的1.5 A最大輸出電流。OUT2固定在0.6 V，使用3 A限流值時可為2.5 A。

 LT3008-3.3 向LT3072提供偏置電流。LT8616的PG2（電源良好）引腳在LT3072啟動前提供少許延遲。圖4顯示LT3072動態(tài)控制可預(yù)調(diào)節(jié)LDO穩(wěn)壓器輸入的開關(guān)通道。

圖3.LT3072的IN1和IN2由雙通道、降壓型LT8616進行預(yù)調(diào)節(jié)。LT3072的VOIC1和LT8616的TR/SS1之間的連接允許LT3072動態(tài)預(yù)調(diào)節(jié)其IN1輸入，從而獲得出色的效率和負載瞬變性能，同時允許在不更改硬件的情況下調(diào)整LT3072的輸出電壓。

結(jié)論

用于數(shù)字IC電源的雙通道LDO穩(wěn)壓器LT3072具有兩個低噪聲通道和超快負載瞬態(tài)響應(yīng)特性。兩個輸出電壓可通過設(shè)置幾個三態(tài)引腳進行設(shè)定，無需使用電阻。當LT3072的輸入電源是前置穩(wěn)壓器時，可使用LT3072 VIOC功能來控制該輸入電源，從而允許在輸出電壓編程時進行動態(tài)更改，并且不影響瞬態(tài)響應(yīng)性能或效率。

圖4.圖3所示電路的動態(tài)測試。跡線顯示，通過軟件對三態(tài)引腳VO1B2和VO1B1（VO1B0接地）進行更改如何實現(xiàn)對LT3072的OUT1電壓調(diào)整。反過來，LT3072動態(tài)控制LT8616通道1輸出，該輸出對LDO穩(wěn)壓器的IN1輸入進行預(yù)調(diào)節(jié)。這樣，LDO穩(wěn)壓器的IN1電壓保持在一個高于LDO穩(wěn)壓器OUT1的固定壓差，從而可實現(xiàn)高效率和高負載瞬變性能，所有這一切無需對硬件進行任何更改。

作者簡介

Andy Radosevich是ADI公司的高級應(yīng)用工程師，為Power by LinearTM非隔離DC-DC開關(guān)、線性電壓和電流穩(wěn)壓器提供支持。Andy擁有圣何塞州立大學(xué)電力電子專業(yè)電子工程碩士學(xué)位。他還擁有運動控制和輕中型制造工藝方面的背景。Andy熱衷于乘坐公共交通出行，經(jīng)常乘坐巴士參加硅谷工程活動。