采用微型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生緊湊、超低噪聲的電源

Thomas Mosteller and Christopher Jarboe

專業(yè)電容式麥克風需要 48 V 電源為內(nèi)部電容式傳感器充電，并為高阻抗傳感器輸出的內(nèi)部緩沖器供電。該電源是低電流，通常只有幾mA，但它必須是非常低的噪聲，因為麥克風的輸出電平非常低，并且緩沖器沒有很好的電源紋波抑制。此外，幻象電源不得將EMI注入相鄰的低電平電路，這在緊密封裝的產(chǎn)品中始終是一個挑戰(zhàn)。

LT8362升壓轉(zhuǎn)換器采用60 V、2 A開關，能夠以高達2 MHz的頻率運行，全部采用小至3 mm×3 mm的封裝，可提供高性能電源。此處介紹的電路基于標準LT8362演示板DC2628A，其原理圖如圖1所示。

圖1.用于構(gòu)建幻象電源的演示電路DC2628的原理圖。

演示板上的輸入EMI濾波器在開關電感的幫助下很好地處理了高頻噪聲，開關電感與輸入串聯(lián)。輸出情況不佳。輸出EMI濾波器可有效抑制MHz區(qū)域的噪聲，但對音頻范圍內(nèi)的噪聲影響不大。這種噪聲主要是由于反饋環(huán)路中的30×增益放大了LT8362的基準噪聲。

解決這種噪聲的一種方法是在輸出端增加電容。如果有足夠的電容，這將起作用，但在48 V輸出下，63 V的最低實際電容工作電壓意味著所需的電容既大又昂貴。第二種方法是將LT8362輸出增加一兩伏，并在輸出端增加一個LDO穩(wěn)壓器。這需要高壓LDO穩(wěn)壓器，其成本通常高于低壓穩(wěn)壓器。此外，雖然這些穩(wěn)壓器可在較低輸出電壓下具有低噪聲，但使用基準電壓的器件也會遇到與LT8362相同的基準噪聲倍增問題。

第三種方法是利用麥克風輸出的靈敏度不高度依賴于電源電壓的事實，因此幻象電源不需要完美的調(diào)節(jié)。這意味著我們可以將一些電阻與輸出上限串聯(lián)起來，以提高其有效性;然而，這只能部分減輕高壓電容的尺寸。

更好的方法是使輸出電容看起來比實際更大。這可以通過一種稱為電容倍增的老式技術來實現(xiàn)。這個簡單的電路可以在圖2的灰色陰影區(qū)域看到。

圖2.電路與圖1相同，但在輸出端具有電容倍增器（灰色），以抑制開關穩(wěn)壓器產(chǎn)生的音頻噪聲。

這里，100 μF電容控制基極電流上的紋波，因此其對集電極電流的影響被NPN晶體管的β放大。效果是戲劇性的。圖3a顯示了LT8362電路在C4（濾波器之前）的輸出，負載為1 kΩ（50 mA）。

圖3.過濾前后。（a） 升壓穩(wěn)壓器的輸出在C0（濾波器前）測量時呈現(xiàn)約2.4%的噪聲成分。（b） 后置濾波器輸出包含大幅改善的 0.002% 噪聲成分。

噪聲約為80 mV p-p，表示約0.2%的噪聲成分。雖然這對于非關鍵應用來說可能已經(jīng)足夠了，但濾波器后的輸出在大約1 mV p-p時要好得多，如圖3b所示。這表示大約 0.002% 或 20 ppm 的噪聲含量，即使是最苛刻的應用也足夠了。圖 4 顯示了臺式設置。

圖4.使用演示電路DC2628的清潔幻象電源的臺式設置。

晶體管 SBCP56-16T1G 被選用于低電流下的高 VCBEO （80 V） 和高 β。高β值使電容倍增器具有高表在電容，并且隨著輸出電流的變化而相對恒定的下降。輸出電壓從2 kΩ負載時的47.8 V降至500 Ω負載時的47.5 V，足以滿足麥克風應用的需求。在未測試噪聲和調(diào)節(jié)的情況下，請勿更換另一個晶體管。

測試在16 V輸入下運行，但在12 V至24 V下性能相似在.某些應用可能需要從5 V升壓，這可以通過將LT8362的開關頻率從2 MHz降低到1 MHz來實現(xiàn)，以實現(xiàn)75 ns的最小關斷時間。這還需要將L1增加到約10 μH至15 μH，并在大容量輸出上限C4上加倍以保持相同的性能。

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