新一代線型變壓器的全新應用淺析

　　工控摘要：隨著科學技術的進步，線性穩壓器在各個領域的應用。線性穩壓器的用處很大，可以使用在很多場合。現在，我們以LT3080芯片為例來介紹線性穩壓器的新應用。
　　
　　LT3080沒有任何折衷地實現了高性。該器件具有1.2V至40V的寬輸入電壓能力，滿負載時低壓差電壓僅為300mV。寬VIN和VOUT能力、嚴格的電壓和負載調節、高紋波抑制、低噪聲、穩定的10uA電流源基準、用陶瓷、鋁或鉭電容器可穩定、限流和熱限制功能、外部器件數少和并聯能力使該器件非常適用于現代多軌系統。
　　
　　LT3080采用各種耐熱增強型表面貼裝兼容封裝，包括扁平（0.75mm）8引線DFN（3mmx3mm）、8引線耐熱增強型MSOP和簡單易用的3引線SOT-223封裝。這些封裝在沒有散熱器的表面貼裝應用中都能散出1W至2W的熱量。此外，該器件還采用TO-220功率封裝，以適合安裝到散熱器上，用于較高功耗的應用。
　　
　　LT3080摒棄了電壓基準，并采用一個基準電流來設定輸出。由單個電阻來設定穩壓器中的一個電壓跟隨器的輸出。這使得熱量能夠在電路板上散播，從而免除了散熱器。此外，輸出晶體管的集電極是單獨引出的，因而允許插入一個與集電極相串聯的降壓電阻。這將把IC穩壓器產生的部分功耗移動至電路板上的一個電阻，從而進一步地增強散熱效果，并免除了增設一個散熱器的需要。
　　
　　雖然圖中僅示出了兩個穩壓器，但如需提供更高的輸出電流，則可并聯任何數目的穩壓器。所有的穩壓器均將其輸入、其設定引腳和其輸出連接在一起。插入了一小段與輸出端相串聯的PC走線以充當一個鎮流電阻，10～15mΩ的電阻便足以對穩壓器的輸出進行鎮流，并提供上佳的均流作用。輸出電壓以相同的方式進行調節，但是，如今的電流不是10μA，而是N×10μA。當并聯兩個穩壓器時，對于每50kΩ的接地電阻，這將提供一個1V的輸出電壓。
　　
　　也可以把LT3080與固定輸出穩壓器相并聯，以增加單個器件的輸出電流。當單個器件未能提供足夠的電流，或者由于系統變更的原因而需要進行簡單的系統修改（以增大電源電流）時，這是很有用處的。
　　
　　壓器由調壓電路、控制電路、及伺服電機等組成，當輸入電壓或負載變化時，控制電路進行取樣、比較、放大，然后驅動伺服電機轉動，使調壓器碳刷的位置改變，通過自動調整線圈匝數比，從而保持輸出電壓的穩定。容量較大的穩壓器，還采用電壓補償的原理工作。
　　
　　同樣，必需采用15～20mΩ的鎮流電阻，以使兩個IC共享電流。但是，由于固定輸出穩壓器LT1963-3.3并不具有一個“設定引腳”，我們必須提供一個用于連接LT3080的設定引腳的點。從固定穩壓器的輸出端引出的一個分壓器可提供一個比固定輸出低4mV左右的電壓。如果沒有該偏移，則LT3080有可能供應電流，從而強制輸出在輕負載或無負載條件下處于高電平狀態。
　　
　　在輕負載時，LT3080的設定引腳電平保持為負值。當固定穩壓器和LT3080上的負載均增加時，鎮流電阻兩端的壓降將緩慢地接通LT3080，這樣就提供了輸出電流的一部分。當鎮流電阻為20mΩ且總輸出電流為2A時，LT3080將供應大約75%～80%的輸出電流。為了實現較為精密的輸出電流匹配，必須增加鎮流電阻。
　　
　　在許多類型的應用中，電流源都是很有用的組件。LT3080可提供一個具有DC性能的“二端”電流源。由于LT3080必需含有一個輸出電容器（用于提供頻率補償），因此使得該器件的適用性略有下降，原因是它不能用作一個AC電流源。不過，LT3080具有非常高的增益，因而允許利用小幅壓降來確定輸出電流，并產生非常高的DC輸出阻抗。
　　
　　在一個阻值為10kΩ的設定電阻兩端將產生約100mV的電壓降。這100mV電壓降也會出現在電流設定電阻的兩端，并把總輸出電流設定為0.1V除以輸出設定電阻阻值（加10μA）。如果需要，可以采用較高的壓降來改善準確度。
　　
　　頻率補償利用一個連接在輸入引腳和輸出端之間的電容器來實現。流過電容器的電流將被包含在反饋環路之內，而且不會作為電容出現在器件的兩端。如果輸入電壓發生變化，則電流將會由于電壓變化的原因而流過電容器。而且AC輸出阻抗將減少。LT3080的低設定電流以及穩壓環路的高增益使其成為一款出色的電流調節器。憑借一個僅0.3mA的低靜態電流，該電路適合于低至1mA或高至1A的電流源。電流源的溫度系數是穩壓器的溫度系數加上電阻阻值隨溫度而發生的變化所產生的任何漂移。
　　
　　由于LT3080能夠在低至0V的電壓條件下運作，因而使其成為通用型試驗室電源的合適之選。然而，如果工作電壓范圍很高，圖5中的電路示出了一個與LT3080相連的開關預穩壓器，該穩壓器通過把輸入電壓控制在比輸出高大約1.5V的電平上而將功耗抑制在低至1.5W左右。
　　
　　LT3080被連接至一個P溝道FET的柵極和源極。該P溝道FET的“接通”門限設定了LT3080兩端的壓差電壓。P溝道FET的漏極與一個開關穩壓器的反饋引腳相連。
　　
　　當該電路被接通時，開關穩壓器輸出將上升，直到流過P溝道FET的電流足以使反饋引腳（FB）的電壓升至1.2V為止，這會降低開關穩壓器的輸出。LT3080隨后將在其兩端加有約一個MOS門限電壓的條件下運作。調整LT3080的設定電阻可設定輸出電壓，且輸入電壓將跟蹤比輸出高1.5V的電壓。
　　
　　這里采用的是一個PNP的射極-基極電壓，而不是P溝道FET的門限電壓。當把多個LT3080器件并聯起來以提供高電流時，以確保在控制電路兩端具有足夠的工作電壓。同樣，開關穩壓器將跟蹤輸出，而且輸出可被調節低至0V。