新型線性穩(wěn)壓器解決了老問題

穩(wěn)壓器可調(diào)節(jié)電壓，但還能做很多其他的事情。自 1976 年三端浮動穩(wěn)壓器問世以來，線性穩(wěn)壓器的架構(gòu)幾乎就沒有改變過。穩(wěn)壓器要么是一種浮動架構(gòu) (LT317)，要么就是一種具有從輸出至放大器之反饋的放大器環(huán)路。這兩種架構(gòu)在通用性、調(diào)節(jié)性能和準(zhǔn)確度方面存在局限性。

反饋電阻器負(fù)責(zé)設(shè)定輸出電壓并對進(jìn)入放大器的反饋信號進(jìn)行衰減。因此，輸出端上的穩(wěn)壓是輸出電壓的一個百分?jǐn)?shù)，于是，雖然百分?jǐn)?shù)值上可能是相同，但較高輸出電壓的穩(wěn)壓 (單位：V) 卻較差。而且，穩(wěn)壓器的帶寬也會隨著電壓的變化而改變。由于環(huán)路增益下降，因此在較高的輸出電壓條件下帶寬也將減小。當(dāng)輸出電壓升高時，這會減緩瞬態(tài)響應(yīng)速度并使紋波性能變差。

老式穩(wěn)壓器固定了電流限值，沒有調(diào)節(jié)的余地。其內(nèi)置于 IC 之中，對于不同的輸出電流必須采用不同的器件。所以，如果電流限值必需與應(yīng)用相匹配或需要準(zhǔn)確的電流限值，就必須使用一個外部電路。圖 1a 示出了老式穩(wěn)壓器的基本架構(gòu)。

2007 年，在 LT3080 中引入了一種新型架構(gòu)。該器件采用一個電流源作為基準(zhǔn)，并使用一個電壓跟隨器作為輸出放大器。這種架構(gòu)的兩個優(yōu)勢是：可并聯(lián)多個穩(wěn)壓器以提供更高的輸出電 流;穩(wěn)壓器能在輸出電壓低至零的條件下運(yùn)作。由于輸出放大器始終以單位增益工作，因此帶寬是恒定的，穩(wěn)壓也是恒定的。瞬態(tài)響應(yīng)與輸出電壓無關(guān)，而且可采用 mV (而不是輸出的一個百分?jǐn)?shù)) 來規(guī)定穩(wěn)壓。圖 1b 示出了新型穩(wěn)壓器架構(gòu)。

圖 1a：老式穩(wěn)壓器

圖 1b：新型架構(gòu)穩(wěn)壓器

表 1 羅列了新型穩(wěn)壓器及其主要特性。伴隨著不同的輸出電流，這些穩(wěn)壓器進(jìn)行了特別的設(shè)計(jì)，以在現(xiàn)有的穩(wěn)壓器中增添以前無法提供的功能特性。包括了用于溫度和電流的監(jiān)視器輸出以及電流限值的外部控制。有一款器件 (LT3086) 還具備熱停機(jī)的外部控制能力。一種新型負(fù)穩(wěn)壓器提供了監(jiān)視功能，并能充當(dāng)一個浮動穩(wěn)壓器或 LDO。所有這些新型穩(wěn)壓器均可通過并聯(lián)以提供較高的電流、均流和散熱。

一款新型工業(yè)穩(wěn)壓器

LT3081 是一款具有寬安全工作區(qū)的工業(yè)穩(wěn)壓器。其能提供 1.5A 輸出電流、輸出電壓可調(diào)節(jié)至零、具備反向保護(hù)功能并擁有用于溫度和輸出電流的監(jiān)視器輸出。此外，還可通過連接一個外部電阻器至該器件來調(diào)節(jié)電流限值。圖 2 示出了 LT3081 的基本連接。

圖 2：采用 LT3081 的基本穩(wěn)壓器

溫度和電流監(jiān)視器輸出采用電流源配置，以在 VOUT + 0.4V 至 VOUT – 40V 的范圍內(nèi)運(yùn)作。溫度輸出為 1μA/°C，而電流監(jiān)視器輸出為 IOUT/5000。這些電流源是通過將一個電阻器與電流源串聯(lián)接地并在電阻器兩端讀取參數(shù)進(jìn)行測量的。電流源具有一個 -40V 至 0.4V (參考于輸出) 的范圍，而且即使在輸出短路的情況下其仍將繼續(xù)工作。監(jiān)視器輸出的動態(tài)范圍比輸出高 400mV，因此當(dāng)輸出短路或被設(shè)定為零時，仍然能夠測量溫度和電流。采用一個 1k 電阻器可提供足夠的裕量，并在輸出短路時確保操作的正常進(jìn)行。輸出利用一個連接在 SET 引腳和地之間的電阻器和一個 50μA 精準(zhǔn)電流源來設(shè)定。內(nèi)部跟蹤放大器強(qiáng)制輸出電壓與 SET 引腳電壓相等。LT3081 的獨(dú)特之處在于輸出電容器是可任選的。穩(wěn)壓器可在采用或未采用輸入和輸出電容器的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。所有的內(nèi)部工作電流都流過輸出引腳，并需要最小負(fù)載以保持調(diào)節(jié)作用。這里，在所有的輸出電壓下均需要一個 5mA 的負(fù)載，以把器件保持于全面調(diào)節(jié)狀態(tài)。

設(shè)定電阻器會增加系統(tǒng)溫度漂移。市售的表面貼裝電阻器具有各種各樣的溫度系數(shù)。視制造商的不同，這些溫度系數(shù)低的在 100ppm，高的則超過 500ppm。雖然電阻器不會因?yàn)榉€(wěn)壓器中的功率耗散而被加熱，但是在很寬的環(huán)境溫度范圍內(nèi)其溫度系數(shù)則會使輸出產(chǎn)生 1% 至 4% 的變化。對于高精度應(yīng)用，可使用具較低溫度系數(shù)的薄膜電阻器。

采用內(nèi)部的真正電流源作為基準(zhǔn) (而不像先前的穩(wěn)壓器那樣采用自舉基準(zhǔn)) 的好處并不是那么明顯的。真正的基準(zhǔn)電流源可使穩(wěn)壓器具有與正輸入端上的阻抗無關(guān)的增益和頻率響應(yīng)。就此前推出的所有可調(diào)穩(wěn)壓器 (例如：LT1086) 而言，其環(huán)路增益和帶寬都會隨著輸出電壓的變化而改變。假如調(diào)節(jié)引腳被旁路至地，那么帶寬也會發(fā)生變化。對于 LT3081 來說，環(huán)路增益不會因輸出電壓的變化或者調(diào)節(jié)引腳的旁路而改變。輸出穩(wěn)壓不是輸出電壓的一個固定百分?jǐn)?shù)，而是一個固定的 mV 數(shù)值。使用一個真正的電流源可允許緩沖放大器中的所有增益提供穩(wěn)壓，而且將基準(zhǔn)放大至一個較高的輸出電壓不需要其中的任何增益。

工業(yè)應(yīng)用需要很大的安全工作區(qū)。安全工作區(qū)反映的是在輸入-輸出電壓差很高的情況下傳輸大電流的能力。圖 3 比較了幾個穩(wěn)壓器的安全工作區(qū)。上世紀(jì) 80 年代中期推出的 LT1086 是一款 1.5A 穩(wěn)壓器，當(dāng)輸入 / 輸出電壓差高于