Nízkošumový lineárny regulátor pre zdroj referenčného napätia 200 mA ako zdroj napájania; Polovodiče analógové
12. apríla 2019, 7:12 | Autor: Michael B. Anderson
Nízkošumový napájací zdroj s lineárnym regulátorom IC
Zdroje referenčného napätia sa často používajú na presné a nehlučné napájanie, hoci nie sú určené na napájanie záťaží. Spoločnosť Analog Devices vyvinula pre takéto aplikácie lineárny regulátor IC - s dvoma kanálmi, ako aj s vysokou separáciou kanálov a presným ovládaním.
Vývojári analógových obvodov sa často spoliehajú na jednoduchý zdroj referenčného napätia, ktorý napája ich prevodníky DA a AD nízkošumovým napätím. Táto úloha však ďaleko presahuje rámec zdroja referenčného napätia - vyvinutého na dodanie bez šumu, presného a stabilného napätia na referenčný vstup regulátora, napríklad referenčný vstup spínacieho regulátora v výkonových meničoch. S určitými obmedzeniami sú zdroje referenčného napätia zvyčajne v poriadku, čo podporuje vývojárov, aby používali zdroje referenčného napätia na napájanie obvodov s vyššími požiadavkami na napájanie. Pretože ak zdroj referenčného napätia dokáže napájať prevodník, prečo nie spracovanie analógového signálu alebo iný prevodník? Tento zoznam by mohol pokračovať.
Agónia voľby medzi presnosťou a výkonom je spoločná pre všetky vývojové procesy. Metóda „quick jerk“ odporúča použiť zdroj referenčného napätia, ak je potrebná presnosť, a lineárny regulátor (LDO), ak je potrebných niekoľko mW výkonu.
Ak nie je možné splniť obidve požiadavky s jedným zdrojom, museli by sa pridať dva stupne a museli by sa viesť samostatné vedenia, aj keď sú nominálne napätia rovnaké. Toto úsilie je spojené s vyššími nákladmi a ďalšími požiadavkami na priestor na doske s plošnými spojmi.
A keď je potrebný vysoko presný zdroj napätia na dodanie niekoľkých mW energie, je projektant nútený vyrovnať referenčný zdroj napätia do medzipamäte. Tento problém rieši produkt Analog Devices 'LT6658. Má dva presné nízkošumové napäťové výstupy s kombinovaným výstupným prúdom 200 mA. Analog Devices to nazýva Refulator, umelé slovo tvorené referenciou a regulátorom.
Referenčné napätie s nízkym driftom
LT6658 je nízkošumový presný regulátor s nízkym driftom - so špecifikáciami typického zdroja referenčného napätia: drift 10 ppm/K a základná presnosť 0,05%. Vďaka svojim dvom výstupom, ktoré sú určené pre prúdy do 150 mA alebo 50 mA a môžu tiež pôsobiť ako aktívny drez, môže LT6658 dodávať vyššie výstupy, porovnateľné s lineárnym regulátorom. Pre zachovanie presnosti je regulácia záťaže 0,1 ppm/mA. Prienik napájacieho napätia je zvyčajne 1,4 ppm/V, keď sú vstupné svorky spojené dohromady, a nižší ako 0,1 ppm/V, keď sú nezávislé zdroje pripojené k vstupným svorkám.
Obrázok 1. LT6658 Refulator sa skladá zo zdroja referenčného napätia a dvoch samostatných výstupných zosilňovačov. Všetky tri stupne je možné napájať samostatne.
Typický obvod LT6658 je v Obrázok 1 zobrazené. Reflektor LT6658 sa skladá z referenčného zdroja napätia (odstupu pásma), filtračného stupňa pre tlmenie hluku a dvoch výstupných zosilňovačov, ktoré slúžia ako prevodníky impedancie a vyrovnávacie zosilňovače. Referenčný zdroj pásma a dva výstupné zosilňovače sú napájané osobitne, aby umožnili rozsiahle oddelenie. Invertujúci vstup každého výstupného zosilňovača je vyvedený. To umožňuje vývojárom napájať napätie priamo na záťaži späť na vstup zosilňovača, aby sa kompenzoval účinok odporu vedenia.
Filter na tlmenie hluku sa skladá z integrovaného odporu 400 Ω s externým kondenzátorom. Funguje ako dolnopriepustný filter a obmedzuje šum z referenčného zdroja pásma. Externý kondenzátor môže mať ľubovoľnú veľkosť, čo znižuje šírku pásma šumu na veľmi nízku hodnotu.
Rýchle a plynulé usadzovanie po zmene zaťaženia
Obr. 2. Kroková odozva výstupu 1 (UA1, max. 150 mA) na záťažový krok 1 mA (a) - 10 mA až 11 mA - a záťažový krok 140 mA (b) - 10 mA až 150 mA - ukazuje, ako rýchlo a presne reaguje radič.
Schéma usadzovania regulátora 150 mA (výstup 1, UA1) je ilustrovaná obrázok 2. Obrázok 2a zobrazuje krokovú reakciu na skok záťaže 1 mA z 10 mA na 11 mA; Obrázok 2b zobrazuje skokovú reakciu na skok záťaže 140 mA z 10 mA na 150 mA.
Schopnosť výstupného zosilňovača pôsobiť ako zdroj a zachytávač umožňuje rýchle vyrovnanie výstupného napätia. Prechodná odozva je krátka, pričom je zachovaná presná kontrola zaťaženia.
Závislosť riadenia od zaťaženia je zvyčajne iba 0,1 ppm/mA. Druhý výstup (UA2) má podobnú prechodovú odozvu s maximálnym zaťažením 50 mA.
Sledovanie výstupu - nezávislé pre každý kanál
Obr. 3. Zvyšujúce sa zaťaženie výstupu 1 má malý vplyv na napätie druhého výstupu. Pomer dvoch výstupných napätí zostáva do značnej miery nezmenený. (Účinky otepľovania sa neberú do úvahy).
Výstupy LT6658 sú sledované, aj keď sú nastavené na rôzne napätia. V obvodoch s niekoľkými prevodníkmi, ktoré vyžadujú rôzne referenčné napätia, je zaistené, že prevodníky poskytujú konzistentné výsledky.
To je možné, pretože dva výstupy LT6658 sú riadené spoločným zdrojom napätia. Zosilňovače výstupného medzipamäte sú upravené, aby sa dosiahlo veľmi dobré sledovanie a nízky drift.
Keď sa záťaž na výstupe 1 (UA1) zvýši z 0 mA na 150 mA, výstup UA2 sa zmení o menej ako 12 ppm, ako v obrázok 3 zobrazené. Preto je vzťah medzi výstupmi zachovaný aj pri rôznych zaťaženiach a prevádzkových podmienkach.
Potlačenie prevádzkového napätia a oddelenie kanálov
Aby sa dosiahli veľmi vysoké hodnoty prieniku napájacieho napätia (PSRR) a oddelenia kanálov výstupov, má LT6658 tri napájacie prípojky. Konektor UE dodáva energiu do referenčného obvodu pásma. Pripojenia UE1 a UE2 sa používajú na napájanie výstupných zosilňovačov pre UA1 a UA2. Najjednoduchšou metódou je spojenie všetkých troch spojení, čo dáva typický prienik jednosmerného napájacieho napätia 1,4 ppm/V. Ak sú napájacie prípojky pripojené osobitne k samostatným zdrojom, je penetrácia jednosmerného napájacieho napätia pre UA2 iba 0,06 ppm/V - merané so vstupným napätím pre UE1 fixovaným na konštantnej hodnote.
V stôl 1 sú zhrnuté hodnoty prieniku napájacieho napätia pre zdvih príslušného napájacieho napätia od 5 V do 36 V. Napájanie UE má najvyššiu citlivosť, ktorá zvyčajne vedie k zmene 1,4 ppm/V na výstupoch. Napájacie spojenia UE1 a UE2 nemajú prakticky žiadny vplyv na výstupné napätie. Namerané hodnoty v stĺpcoch UE1 a UE2 sú na úrovni výstupného šumu.
Tabuľka 1. Nameraná penetrácia napájacieho napätia (PSRR) so skokom v napájacom napätí z 5 V na 36 V. Najvyššiu citlivosť ukazuje pripojenie UE.
V Obrázok 4 sú uvedené dva príklady priechodu striedavého napájacieho napätia. Prvý príklad má kondenzátor 1 µF na konektore NR LT6658, v druhom príklade je kondenzátor 10 µF pripojený k kolíku NR. Väčší kondenzátor 10 µF posúva potlačenie 107 dB na 2 kHz.
Separácia AC kanála napájacích napätí medzi UA1 a UA2 je v Obrázok 5 vidieť. Tu je separácia z kanálu na kanál do 100 kHz väčšia ako 70 dB, s CNR = 10 μF.