背景

負(fù)電源軌與主要的 IC 構(gòu)件配合使用，例如：數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、運(yùn)算放大器和 GaAs FET 偏置電路等。對(duì)稱的電源 (軌) 可處理 AC 信號(hào)，并且不會(huì)產(chǎn)生 DC 偏移。顯然，假如僅存在一個(gè)正電源軌，那么輸出信號(hào)通常只能采取正值 (取決于電路拓?fù)?;然而，如果有了正電源軌和負(fù)電源軌，則輸出信號(hào)就可從負(fù)電壓擺動(dòng)至正電壓。再者，在諸如過程控制等實(shí)際信號(hào)為雙極型的應(yīng)用中，負(fù)電源是很重要的。以電動(dòng)機(jī)控制為例，正電壓會(huì)引起“順時(shí)針”旋轉(zhuǎn)，負(fù)電壓將引起“逆時(shí)針”旋轉(zhuǎn)，而電壓振幅則控制著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。

負(fù) LDO 可精巧地為負(fù)電源軌提供干凈的電源。有很多種負(fù) LDO 應(yīng)用，包括：

l 軍事 - 雷達(dá)、聲納、熱成像儀、監(jiān)控系統(tǒng)

l 工業(yè) - CCD 和 IR 攝像機(jī)、實(shí)驗(yàn)室 / 測試設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、血液 / 血糖設(shè)備、電機(jī)、振動(dòng)控制、功率分析儀

l 醫(yī)療 - MRI 設(shè)備、牙科 X 光系統(tǒng)、超聲波設(shè)備、血液分析儀、內(nèi)窺鏡

l 通信 - 光學(xué)模塊、光纖收發(fā)器

l 汽車 - 天線

l RF 應(yīng)用 - 雷達(dá)、光學(xué)收發(fā)器、功率放大器、高精度儀表

傳統(tǒng)上，高性能負(fù)輸出開關(guān)穩(wěn)壓器或負(fù)輸出充電泵一直在這些應(yīng)用中使用，其可提供較低的輸出電壓和極少的熱堆積。不利的一面則通常是成本、復(fù)雜性 (在某些場合) 和輸出噪聲。然而，憑借改進(jìn)的 LDO 設(shè)計(jì)方法 (包括用于實(shí)現(xiàn)較高工作效率的較低基準(zhǔn)電壓和較低壓差電壓)，低壓差穩(wěn)壓器在此類應(yīng)用的使用率如今會(huì)不斷地提高。此外，有些負(fù)電源軌還需要進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，而且，低噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)及優(yōu)良的電源抑制在許多場合中也是期望的特性。

上述問題的一種理想解決方案將是具有中高級(jí)電流能力和寬輸入 / 輸出電壓范圍的低噪聲負(fù) LDO。凌力爾特推出了一款旨在解決此類問題的新產(chǎn)品。

1.5A 低噪聲負(fù) LDO

LT3015 是一款 1.5A 負(fù)低壓差線性穩(wěn)壓器，其具有快速瞬態(tài)響應(yīng)、低噪聲和精準(zhǔn)電流限值。憑借其 -1.8V 至 -30V 的寬輸入電壓范圍及 -1.220V 至 -29.5V 的可調(diào)輸出電壓，該器件的共發(fā)射極 NPN 功率晶體管設(shè)計(jì)只需單個(gè)電源，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè) 310 mV (滿負(fù)載時(shí)的典型值) 的低壓差電壓。在 10Hz 至 100kHz 帶寬范圍內(nèi)，輸出電壓噪聲僅為 60μVRMS。LT3015 具有 1.1mA 的工作電流，并在停機(jī)時(shí)減至 <1μA。另外，在出現(xiàn)壓降時(shí)靜態(tài)電流也得到了很好的控制。LT3015 可作為凌力爾特其中一個(gè)廣受歡迎之正 LDO (1.5A LT1963A) 的負(fù)補(bǔ)充器件，非常適合于負(fù)邏輯電源、低噪聲儀表、工業(yè)電源以及后置穩(wěn)壓開關(guān)電源。

LT3015 的基準(zhǔn)放大器拓?fù)淇商峁┚珳?zhǔn)的 DC 特性，并用極寬范圍的輸出電容器 (包括小型和低成本的陶瓷輸出電容器) 提供良好的環(huán)路穩(wěn)定性。該器件采用僅為 10μF 的輸出電容器可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。不必增加在使用其他很多穩(wěn)壓器時(shí)常見的串聯(lián)電阻 (ESR)，就可以使用這些纖巧的外部電容器。LT3015 具有雙向停機(jī)功能，允許該器件以正或負(fù)邏輯電平工作。此外，由于 LT3015 的高停機(jī)門限準(zhǔn)確度，/SHDN 引腳還可用來為穩(wěn)壓器輸入電源設(shè)定一個(gè)可編程欠壓閉鎖 (UVLO) 門限。該 IC 的內(nèi)部保護(hù)電路包括反向輸出保護(hù)、具折返的精準(zhǔn)電流限制 (用于將功率晶體管保持在其安全工作區(qū)內(nèi)) 及具遲滯的熱限制。

圖 1：LT3015 的典型應(yīng)用電路

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LT3015 可提供具背部散熱襯墊的扁平 (僅高 0.75mm) 3mm x 3mm 8 引腳 DFN 封裝、具背部散熱襯墊的 12 引腳 MSOP 封裝、通孔 TO-220 功率封裝和表面貼裝型 DD-Pak 功率封裝。工作結(jié)溫最寬可達(dá) -55°C 至 +125°C (取決于器件等級(jí))。

冷卻特性

LT3015 的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了多項(xiàng)可在任何設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)簡單和高性能的特性。高增益帶寬誤差放大器可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)和高電源抑制比 (PSRR)。此外，該器件的 PSRR 性能指標(biāo)相比于領(lǐng)先的正 PNP LDO 穩(wěn)壓器改善了 4倍，并且甚至到 10MHz 頻率下都保持了很高的抑制水平 (>25dB)，見圖 2 和圖 3。

圖 2：LT3015 的瞬態(tài)響應(yīng)

圖 3：LT3015 的輸入紋波抑制

在 LDO 由一個(gè)前端開關(guān)電源供電的應(yīng)用中，LT3015 的 ±15% 精準(zhǔn)電流限值是特別有幫助。該精度可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的調(diào)節(jié)并對(duì)電感器大小具有限制作用，便于縮小解決方案尺寸。LT3015 實(shí)現(xiàn)了低輸出電壓噪聲 (60μVRMS)，但并不需要像大多數(shù)低噪聲穩(wěn)壓器常見的那樣采用一個(gè)外部旁路電容器，從而簡化了設(shè)計(jì)。

通過并聯(lián)以提供較高的輸出電流

LT3015 很適合于多種創(chuàng)新的電路實(shí)現(xiàn)方案。如圖 4 所示，可采用主-從配置將兩個(gè) LT3015 并聯(lián)起來以提供較高的輸出電流。穩(wěn)壓器輸入電流中的任何差異被 LT1366 運(yùn)放所放大，這反過來又把電流驅(qū)動(dòng)至從屬穩(wěn)壓器的電阻分壓器之中，以平衡穩(wěn)壓器之間的均流。請(qǐng)注意，如果打算僅直接并聯(lián)兩個(gè)穩(wěn)壓器而不使用一個(gè)運(yùn)算放大器，那么兩個(gè)基準(zhǔn)電壓之間的細(xì)小偏差將導(dǎo)致那個(gè)采用最高基準(zhǔn)的穩(wěn)壓器提供大部分的負(fù)載電流。

應(yīng)選擇合適的電阻器 R5，以使其不要在運(yùn)放的輸出端上產(chǎn)生過大的電流擺幅，從而讓從屬器件的 ADJ 引腳達(dá)到平衡狀態(tài)。此外，R5 還通過解除補(bǔ)償電容器 C3 與從屬穩(wěn)壓器之 ADJ 引腳之間的耦合而對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性有所幫助。另外，并聯(lián)多個(gè)穩(wěn)壓器也是件相當(dāng)容易的事情。需要做的只不過是為每個(gè)附加的穩(wěn)壓器增設(shè)一個(gè)運(yùn)放和一個(gè)檢測電阻器，這基本上就是圖 4 中之從屬穩(wěn)壓器的一個(gè)“復(fù)制品”。

圖 4：采用并聯(lián)方式進(jìn)行配置的 LT3015

凌力爾特提供了寬廣的負(fù) LDO 及組合式雙路負(fù) / 正 LDO 產(chǎn)品線，其輸出電流范圍從 200mA 至 3A，見下面的表 1。

表 1：凌力爾特的負(fù) LDO 產(chǎn)品

結(jié)論

相比于其同等的正 LDO，設(shè)計(jì)精良的負(fù) LDO 需要稍微多花一點(diǎn)心思。負(fù) LDO 用于給跨各種不同市場區(qū)隔之眾多應(yīng)用中的主要構(gòu)件 IC 供電，例如：運(yùn)算放大器、ADC 和 DAC。凌力爾特?fù)碛幸粋€(gè)不斷成長的負(fù) LDO 產(chǎn)品庫，而我們新推出的 LT3015 是一款創(chuàng)新型 1.5A 器件，其可提供低壓差、高準(zhǔn)確度輸出電壓、低輸出電壓噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)、高 PSRR，并具備通過并聯(lián)以提供較高輸出電流的能力，而所有這些特性均被整合在多種耐熱性能增強(qiáng)型封裝之中。這為設(shè)計(jì)人員提供了一種適合其負(fù)電源軌的簡單易用型選擇。