使用LT8362升壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)建超低噪聲幻像電源

Q:是否可以利用5 V、12 V或24 V輸入生成緊湊的超低噪聲幻像電源 (48 V)?

A:可以，需要使用一個(gè)簡(jiǎn)單的升壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)濾波器電路來降低EMI，通過一個(gè)小技巧則可實(shí)現(xiàn)小尺寸。

專業(yè)級(jí)電容麥克風(fēng)需要使用48 V電源為內(nèi)部電容傳感器充電，以及為內(nèi)部緩沖器供電，以提供高阻抗傳感器輸出。該電源的電流很低，一般只有幾mA，但因?yàn)辂溈孙L(fēng)的輸出電平非常低，并 且緩沖器本身的電源波紋抑制性能不佳，因此要求電源必須具有極低的噪聲。此外，幻像電源不得將EMI注入相鄰的低電平電路，這是緊湊型產(chǎn)品始終需要解決的一大挑戰(zhàn)。

我們可以使用LT8362升壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)建一個(gè)高性能電源，該轉(zhuǎn)換器采用60 V、2 A開關(guān)，工作頻率最高可達(dá)2 MHz，且采用3 mm × 3 mm小型封裝。下面的電路基于標(biāo)準(zhǔn)的LT8362演示板 DC2628A, 其原理圖如圖1所示。

圖1. 用于構(gòu)建幻像電源的演示電路DC2628的原理圖。

該演示板上的輸入EMI濾波器能夠借助與輸入串聯(lián)的開關(guān)電感器，有效過濾高頻率噪聲。在輸出端，情況則沒有這般理想。輸出EMI濾波器能夠有效抑制MHz區(qū)域的噪聲，但對(duì)音頻區(qū)域的噪聲沒什么效果。這些噪聲主要由反饋環(huán)路中的30×增益引起，這會(huì)放大LT8362的基準(zhǔn)電壓源噪聲。

消除這些噪聲的方法之一是在輸出端增加電容。只要增加足夠電容就有效，但對(duì)于48 V輸出，實(shí)際電容的最低工作電壓為63 V，這意味著所需的電容既大又昂貴。

第二種方法是將LT8362 輸出增大1 V或2 V，并在輸出端增加一個(gè)LDO穩(wěn)壓器。這需要采用高壓LDO穩(wěn)壓器，其成本一般高于低壓穩(wěn)壓器。此外，雖然這些穩(wěn)壓器在低輸出電壓下具有低噪聲，但是使用基準(zhǔn)電壓的器件 也會(huì)遇到與LT8362一樣的基準(zhǔn)電壓源噪聲倍增問題。

第三種方法是：因?yàn)辂溈孙L(fēng)輸出的靈敏性并非高度依賴電源電壓，所以無需對(duì)幻像電源實(shí)施完全調(diào)節(jié)。這意味著，我們可以將一些電阻與輸出電容串聯(lián)，以提升其有效性;但是，這只能在一定程度上減小高壓電容的尺寸。

比較好的方法是讓輸出電容看起來比實(shí)際大。我們可以使用一種稱之為電容倍增的傳統(tǒng)方法來實(shí)現(xiàn)。在圖2的灰色陰影部分可看到這個(gè)簡(jiǎn)單電路。

圖2. 與圖1所示的電路相同，但輸出端配有電容倍增器(灰色)來抑制開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的音頻噪聲。

其中，100 μF電容控制基極電流的波紋，所以其對(duì)集電極電流的影響會(huì)以NPN晶體管的beta值放大。影響非常顯著。圖3a顯示LT8362電路在C4(濾波之前)處的輸出，負(fù)載為1 kΩ (50 mA)。

圖3.濾波之前和之后。(a)在C4處(濾波之前)測(cè)量時(shí)，升壓穩(wěn)壓器輸出的噪聲含量約為0.2%。(b) 濾波之后，輸出的噪聲含量明顯減少，為0.002%。

噪聲約為80 mV p-p，相當(dāng)于約0.2%的噪聲含量。對(duì)于非關(guān)鍵應(yīng)用，這種噪聲含量可能足夠，但在濾波之后，輸出噪聲性能明顯改善，約為1 mV p-p，如圖3b所示。這相當(dāng)于約0.002%或20 ppm噪聲含量，足以滿足最嚴(yán)苛的應(yīng)用要求。圖4顯示工作臺(tái)設(shè)置。

圖4. 使用演示電路DC2628的干凈幻像電源的工作臺(tái)設(shè)置。

晶體管SBCP56-16T1G用于在低電流下實(shí)現(xiàn)高VCBEO (80 V) 和高β。高β讓電容倍增器具備高表觀電容，并且隨輸出電流變化保持相對(duì)恒定的壓降。輸出電壓從2 kΩ負(fù)載時(shí)的47.8 V降低至500 Ω負(fù)載時(shí)的47.5 V，足以滿足麥克風(fēng)應(yīng)用的要求。在沒有測(cè)試噪聲和穩(wěn)壓效果的情況下，不要替換另一個(gè)晶體管。

測(cè)試時(shí)使用16 V輸入，但性能與12 V至24VIN類似。有些應(yīng)用可能要求從5 V開始升壓，這可以通過將LT8362的開關(guān)頻率從2 MHz降至1 MHz來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)75 ns的最小關(guān)斷時(shí)間。這也要求提高L1，達(dá)到約10 μH至15 μH，并且將大容量輸出電容C4加倍，以保持等效性能。

LT8362

寬輸入電壓范圍：2.8V 至 60V

超低靜態(tài)電流和低紋波突發(fā)模式 (Burst Mode) 操作：IQ = 9μA

2A、60V 電源開關(guān)

利用單個(gè)反饋引腳來進(jìn)行正或負(fù)輸出電壓編程

可編程的頻率 (300kHz 至 2MHz)

可同步至外部時(shí)鐘

擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制用于實(shí)現(xiàn)低 EMI

針對(duì)較高效率的 BIAS 引腳

可編程的欠壓閉鎖 (UVLO)

耐熱性能增強(qiáng)型 10 引腳 3mm x 3mm DFN 封裝和 16 引腳 MSOP 封裝

原文標(biāo)題：極低噪聲幻像電源如何設(shè)計(jì)?詳細(xì)原理圖和三種消噪方法拿走不謝

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審核編輯：湯梓紅