【導(dǎo)讀】電源轉(zhuǎn)換器通過控制環(huán)路維持輸出電壓穩(wěn)定，電阻分壓器搭配內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的調(diào)節(jié)方式長(zhǎng)期為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但傳統(tǒng)架構(gòu)存在局限，最小輸出電壓受基準(zhǔn)電壓限制、無法實(shí)現(xiàn)0V輸出，且噪聲與輸出電壓相關(guān)。為此，采用單位增益設(shè)計(jì)的創(chuàng)新控制環(huán)路架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，可實(shí)現(xiàn)超低噪聲輸出，兼容線性與開關(guān)穩(wěn)壓器，支持0V超低輸出，為電源轉(zhuǎn)換技術(shù)帶來突破。本文將結(jié)合器件案例，介紹其原理、優(yōu)勢(shì)并對(duì)比傳統(tǒng)架構(gòu)不足。
電阻分壓器常常被用于檢測(cè)輸出電壓。圖1展示了一個(gè)降壓型穩(wěn)壓器電路。在該控制環(huán)路中，電阻分壓器（RFB1和RFB2）將產(chǎn)生的輸出電壓調(diào)節(jié)到內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(VREF)所指定的水平。這個(gè)基準(zhǔn)電壓通常設(shè)置為1.2 V、0.8 V或0.6 V。隨后，誤差放大器（圖1中的運(yùn)算放大器）的輸出會(huì)被饋送到控制塊，該控制塊負(fù)責(zé)管理電源開關(guān)(MOSFET)的開關(guān)時(shí)間。
圖1.配有電阻分壓器的電源轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路。
長(zhǎng)期以來，這種傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法一直是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做法。然而，如今一種更優(yōu)的替代方案應(yīng)運(yùn)而生，它在電源轉(zhuǎn)換方面具有諸多優(yōu)勢(shì)，廣泛適用于開關(guān)穩(wěn)壓器和低壓差(LDO)穩(wěn)壓器等器件。圖2呈現(xiàn)的新構(gòu)想采用了單位增益架構(gòu)，在此架構(gòu)中，輸出電壓直接饋入誤差放大器，并通過連接到內(nèi)部電源的一個(gè)電阻(RSET)進(jìn)行調(diào)節(jié)。與圖1中采用電阻分壓器的傳統(tǒng)方法不同，新配置允許輸出電壓向下調(diào)節(jié)至0 V，而在傳統(tǒng)方法中，最小可調(diào)節(jié)電壓只能達(dá)到與內(nèi)部安裝的基準(zhǔn)電壓相當(dāng)?shù)乃健?/p>
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在低于100 kHz的低頻下能夠產(chǎn)生更少的噪聲。通過并入一個(gè)CSET電容，它可對(duì)來自內(nèi)部電流源的低頻干擾進(jìn)行平均處理，從而大幅降低這些干擾。
在這種新架構(gòu)中，電阻分壓器的電阻不會(huì)引入額外的噪聲，使得噪聲特性在很大程度上與輸出電壓無關(guān)。因此，低頻噪聲不會(huì)隨著輸出電壓的升高而增加。
ADI公司的許多超低噪聲線性穩(wěn)壓器，例如20 V、500 mA超低噪聲LDO穩(wěn)壓器LT3045等，都采用了這種環(huán)路調(diào)節(jié)技術(shù)。第三代Silent Switcher?系列新型降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，如LTC8625S，就是運(yùn)用這種創(chuàng)新方法設(shè)計(jì)的。
圖2.配有單位增益架構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路。
圖3展示了第三代Silent Switcher開關(guān)穩(wěn)壓器LT8625S，使用免費(fèi)仿真程序LTspice?進(jìn)行建模。這款開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器支持高達(dá)18 V的輸入電壓，并且能夠在高達(dá)8 A的負(fù)載電流下運(yùn)行。在輸出電壓方面，它在10 Hz至100 kHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生4 μV rms的低頻噪聲。此外，它還內(nèi)置了一個(gè)精密電流源，在-40°C至+125°C的整個(gè)允許溫度范圍內(nèi)，精度可達(dá)±0.8%。
圖3.配有單位增益架構(gòu)的第三代Silent Switcher開關(guān)穩(wěn)壓器。
在圖3所示的電路中，輸出電壓是通過SET引腳上的電阻R5來設(shè)置的。值得注意的是，輸出電壓和PGFB引腳之間存在一個(gè)由R3和R2組成的電阻分壓器。這個(gè)電阻分壓器并不影響控制環(huán)路，僅用于使PG引腳正常工作。
此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)成熟方法（例如在控制環(huán)路中應(yīng)用電阻分壓器）向更為先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)（例如單位增益架構(gòu)）的轉(zhuǎn)變。這一進(jìn)步意義重大，使得低頻范圍內(nèi)的噪聲水平得到了大幅降低。此外，殘留的少量噪聲并不取決于設(shè)定的輸出電壓，從而能夠?qū)崿F(xiàn)低至0 V的極低電壓輸出。許多新型線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器都采用了這一創(chuàng)新技術(shù)。
總結(jié)
電源轉(zhuǎn)換器控制環(huán)路已從傳統(tǒng)電阻分壓器模式升級(jí)為單位增益架構(gòu)，解決了傳統(tǒng)方案的核心痛點(diǎn)。新型架構(gòu)摒棄環(huán)路噪聲引入源，實(shí)現(xiàn)與輸出電壓無關(guān)的超低低頻噪聲，突破基準(zhǔn)電壓限制支持0V輸出，且兼容性強(qiáng)。ADI公司LT3045、LTC8625S等器件驗(yàn)證了其優(yōu)越性，為高要求應(yīng)用提供可靠方案。未來該架構(gòu)有望替代傳統(tǒng)方法，推動(dòng)電源轉(zhuǎn)換技術(shù)向更優(yōu)方向發(fā)展。
