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如何使用标準穩壓器輸出幾百毫伏極低直流電壓?

在過去的幾年裡,由于微控制器、CPU、DSP等數字電路的幾何結構尺寸不斷縮小,電子元器件的電源電壓一直持續下降。在測量領域也有一些需要低電源電壓的應用。

多年以來,線性穩壓器和開關穩壓器一直采用約1.2V的回報電壓。此電壓由DC-DC轉換器IC中的帶隙電路産生,它确定了使用外部電阻分壓器可以設定的最低電壓。到目前為止,大多數現代穩壓器IC都可以産生0.8 V、0.6 V甚至0.5 V的輸出電壓。内部基準電壓源也按這種方式設計,是以能夠獲得更低的電壓。

那是否可以輸出更低直流穩壓電源呢?當然可以。

本篇博文将分享使用标準穩壓器産生隻有幾百毫伏微型直流電源電壓方案。

如何使用标準穩壓器輸出幾百毫伏極低直流電壓?

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方案很簡單,隻需将一個幹淨的外加正電壓連接配接至DC-DC轉換器的回報電阻即可。

如下圖所示,例如ADI 開關穩壓器LTC3822,它以0.6 V的基準電壓産生0.6 V的回報電壓。但是,如果需要輸出低于0.6 V的直流電源電壓,則無法使用。

如何使用标準穩壓器輸出幾百毫伏極低直流電壓?

可産生0.6 V或更高低輸出電壓的LTC3822 DC-DC轉換器

下面使用一些技巧,對以上電路進行調整。

将電阻分壓器與一個外加的偏置正電壓連接配接(該電壓可以由低壓降穩壓器(LDO)或基準電壓源産生)用于調節輸出電壓,這樣,電阻分壓器構成一個電壓分壓器,電流IFB的流動方向與上圖中的正常情況相反,使得電流從外部基準電壓源經由電阻分壓器流向輸出電壓,如下所示:

如何使用标準穩壓器輸出幾百毫伏極低直流電壓?

對上圖電路進行調整,可以産生低于0.6 V的輸出電壓

可通過以下公式計算外接電源和電阻取值,如下所示:

如何使用标準穩壓器輸出幾百毫伏極低直流電壓?

對于電阻分壓器的阻值選擇,建議R1、R2的總和介于100 kΩ和500 kΩ之間。這使得偏置電流在功率效率方面足夠低,但又高到可以防止過多的噪聲耦合到敏感的回報路徑。

這一設計理念通常适用于産生低于開關穩壓器或線性穩壓器的額定最低電壓的電壓。

但是,應注意以下幾點:

1、外加的基準電壓源應在DC-DC轉換器開啟之前啟動和運作。如果該輔助電壓為0V或具有高電阻,DC-DC轉換器可能會産生過高的電壓并損壞負載電路;

2、在最糟糕的情況下,即當開關穩壓器尚未開啟但輔助電壓已經施加時,流經電阻分壓器的電流IFB将為輸出電容充電,使其電壓高于設定電壓。當負載具有極高阻抗時,就會發生這種情況。是以設定一個最小負載以避免這種情況可能是必要的;

3、電阻分壓器的輔助電壓精度會直接影響所産生的電源電壓精度。是以,應使用特别幹淨的低紋波電壓;

4、并非所有電壓轉換器都适合進行此類操作。例如,DC-DC 轉換器中電流檢測放大器的測量範圍也許隻能提供較高電壓下的工作範圍。還應該注意的是,在較高輸入電壓下産生極低電 壓,還需要低占空比。這裡,選擇一個具有較短最小導通時間的開關穩壓器IC,并在低開關頻率下工作可能是非常有幫助的;

5、最後可以在進行極低直流電壓電路設計時,建議先使用仿真工具檢查(例如ADI的LTspice)。

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