獲得高輸出電流的三種方法介紹

LT0342是一款200mA，1.8V至20V輸入線性穩(wěn)壓器，適用于低噪聲RF和無線電路。它具有業(yè)界領(lǐng)先的0.8μV RMS 輸出噪聲（10Hz至100kHz）和1MHz時令人印象深刻的79dB PSRR。一些客戶已經(jīng)要求在保持低噪聲和高PSRR的同時將電流增加到200mA以上。本文介紹了獲得更高輸出電流的三種方法，并提供了實用的輸入，以幫助您確定哪種方法最適合您的電路條件。這三種方式是：

使用外部PNP晶體管

使用外部NPN晶體管

并行使用多個LT3042

選擇的PNP和NPN功率晶體管分別是安森美半導(dǎo)體D45VH10和D44VH10。

線性穩(wěn)壓器和PSRR

有幾個因素決定了線性穩(wěn)壓器的PSRR。這些包括內(nèi)部控制環(huán)路的開環(huán)增益，誤差放大器的帶寬，單位增益頻率，輸出電流，輸出電容的有效串聯(lián)電阻（ESR）和溫度影響。由于LT3042已經(jīng)包含一個內(nèi)部傳輸晶體管并具有預(yù)定的調(diào)節(jié)環(huán)路，因此這些參數(shù)中的一些已經(jīng)固定。我們可以做的是調(diào)整PNP和NPN電路以優(yōu)化電路性能。

LT3042線性穩(wěn)壓器

首先觀察噪聲頻譜密度與LT3042的頻率。注意如何增加C SET 電容（參考電壓兩端的電容）可以改善低頻噪聲密度，增加輸出電容（C OUT ）可以提高噪聲密度。頻率范圍為300kHz至2MHz。

LT3042在接近其壓差時保持出色的PSRR。下圖顯示PSRR是輸入/輸出差分電壓的函數(shù)。在200mA負(fù)載下，典型的壓差為350mV。高于1V輸入/輸出差分，對于100kHz至2MHz的頻率，PSRR大于70dB。

外部PNP晶體管電路

對于PNP電路，我們可以調(diào)節(jié)發(fā)射極和基極之間的阻抗網(wǎng)絡(luò)，并調(diào)節(jié)輸出電容。 D45VH10G晶體管的基極和發(fā)射極之間的10Ω電阻限制了從LT3042的基極到IN引腳的電流。該電阻值越高，瞬態(tài)響應(yīng)越快，PSRR越高。但是，該電阻越高，系統(tǒng)就越不穩(wěn)定。因此，我們添加一個22uF電容串聯(lián)，0.2Ω電阻，以確保穩(wěn)定性。這些值是憑經(jīng)驗獲得的。電容值越高，PSRR越高。使用具有低有效串聯(lián)電阻（ESR）和低有效串聯(lián)電感（ESL）的輸出電容也可獲得最佳性能。選擇10uF電容。

測試結(jié)果如下所示。第一張圖是電路的噪聲頻譜密度圖與1A頻率的比較，而LT3042的噪聲頻譜密度圖為0.2A。請注意，外部PNP電路的性能類似于大約1MHz。在1MHz時，兩個圖形發(fā)散，PNP電路顯示噪聲密度急劇下降，然后在較高頻率處顯著增加。

左下圖顯示了采用2V輸入/輸出差分實現(xiàn)外部PNP解決方案時的PSRR與頻率的關(guān)系。注意PSRR仍然非常好（70dB PSRR意味著任何開關(guān)噪聲衰減大約3000），但PSRR性能下降10dB（與沒有PNP的LT3042相比）意味著沒有PNP的LT3042要好3倍。注意當(dāng)負(fù)載電流減小時PSRR如何改善。右圖顯示了當(dāng)輸入/輸出電壓差增加時PSRR如何變化。按照最高PSRR的順序列出結(jié)果，得到100kHz，2MHz，500kHz，然后是1MHz。

外部NPN晶體管電路

現(xiàn)在讓我們將分析轉(zhuǎn)移到使用NPN晶體管來增加輸出電流，如下面的電路所示。在正常操作（沒有外部晶體管）下，OUT引腳直接連接到OUTS（輸出電壓檢測引腳）。但是，為了提高電路穩(wěn)定性，調(diào)整OUT和OUTS引腳之間的阻抗網(wǎng)絡(luò)。 10kΩ電阻限制從基極直流到OUTS的電流。 10uF電容可穩(wěn)定系統(tǒng)。

下圖顯示了200mA LT3042電路與1A LT3042 plus NPN解決方案之間的噪聲密度差異。 NPN解決方案具有稍高的噪聲密度，直到大約100kHz，但其噪聲密度顯著下降。接近3MHz時，圖形交叉。

下圖和左圖顯示了NPN電路的PSRR與頻率的變化，使用與PNP電路相同的條件。比較這些結(jié)果揭示了類似的負(fù)載電流趨勢，即：PSRR隨負(fù)載電流的增加而增加。兩個電路（例如1A）的輸出電流相似，NPN電路的PSRR值（60dB）要低得多，并隨著頻率的增加而相當(dāng)穩(wěn)定地上升到接近80dB; PNP電路數(shù)據(jù)呈弓形 - 它從高PSRR（80dB）開始，下降到大約60dB，然后在更高的頻率再次上升到大約70dB。

現(xiàn)在觀察右邊的PSRR與V IN -to-V OUT 差分圖。即使輸出電流略低于上述類似的PNP電路（1A對1.5A），也可以進(jìn)行一些一般性的觀察。首先，隨著MOSFET接近壓降，PSRR會降低。此外，當(dāng)V IN -to-V OUT 差分大于3.5V時，PSRR提高至少20dB。對于NPN電路，首先列出的最佳PSRR的頻率排名，從最高到最低為：2MHz，1MHz，100kHz和500kHz。注意這與PNP電路有何不同，PNP電路的頻率等級順序為100kHz，2MHz，500kHz，然后是1MHz。

接下來觀察PNP和NPN電路的瞬態(tài)響應(yīng)。通過1A負(fù)載階躍，NPN電路表現(xiàn)出更長的建立時間，但峰值電壓較低，大約為25％。突出上述差異的目的不是要詳細(xì)解釋原因，而是要說明不同的元件和電路條件如何影響電路的工作。如果沒有正確的理解和評估，這些差異可能導(dǎo)致性能，穩(wěn)定性和可靠性問題。

并聯(lián)LT3042的

另一個增加輸出電流的方法是與多個LT3042的輸出并聯(lián)。 LT3042具有片內(nèi)精密電流源參考，使輸出和電流共享并聯(lián)非常簡單。每個輸出端都需要一個小鎮(zhèn)流電阻，以防止輸出相互抵抗。下圖顯示了四個LT3042，其輸出并聯(lián)以獲得0.8A解決方案。

并聯(lián)設(shè)備的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是它可以降低輸出噪聲頻譜密度。為了更好地理解這種情況發(fā)生的原因，請參考博客“并聯(lián)放大器提高SNR性能”雖然本博客討論了放大器噪聲，但同樣的概念可以應(yīng)用于線性穩(wěn)壓器輸出噪聲。下圖顯示了LT3042，LT3042外部PNP晶體管，LT3042外部NPN晶體管和并聯(lián)LT3042電路的結(jié)果。正如所料，并行解決方案具有最佳性能。

并聯(lián)設(shè)備的另一個優(yōu)點(diǎn)是PSRR不會降低;與NPN和PNP電路不同，它如下圖所示保持相對恒定。 NPN電路數(shù)據(jù)為淺棕色，PNP數(shù)據(jù)為藍(lán)色，LT3042數(shù)據(jù)為紅色，并聯(lián)LT3042電路數(shù)據(jù)為綠色。紅線和綠線非常相似;并聯(lián)電路在頻率上保持高PSRR。

最后，并聯(lián)的LT3042電路具有最佳的瞬態(tài)響應(yīng)，正如人們所期望的那樣。增加的NPN和PNP電路電路使控制回路復(fù)雜化并減慢瞬態(tài)響應(yīng)。有四個LT3042并聯(lián)（800mA），瞬態(tài)響應(yīng)具有較小的過沖和下沖，并且比1A PNP電路快約20倍，比1A NPN解決方案快100倍。

總之，有幾種方法可以增加超低噪聲，超高PSRR LT3042的輸出電流。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，并聯(lián)解決方案可產(chǎn)生最佳PSRR，最佳噪聲頻譜密度和最佳瞬態(tài)響應(yīng)。如果其中任何一個是關(guān)鍵設(shè)計規(guī)范，那么建議使用此解決方案。該解決方案還提供限流和熱關(guān)斷保護(hù)。然而，折衷是解決方案成本。

當(dāng)需要大于1A的輸出電流時，PNP解決方案更具成本效益并且具有更好的PSRR。它具有1.5V（近似）壓差，不提供熱關(guān)斷保護(hù)。

NPN解決方案還具有成本效益，當(dāng)輸出電流小于1A時具有更好的PSRR。它還具有1.5V（近似）壓差，不提供熱關(guān)斷保護(hù)。