使用標準穩壓器產(chǎn)生極低電壓

問(wèn)題:

有什么好的解決方案可以產(chǎn)生只有幾百毫伏的微型直流電源電壓？

答案:

只需將一個(gè)干凈的外加正電壓連接至DC-DC轉換器的反饋電阻即可。

在過(guò)去的幾年里，由于微控制器、CPU、DSP等數字電路的幾何結構尺寸不斷縮小，電子元器件的電源電壓一直持續下降。在測量領(lǐng)域也有一些需要低電源電壓的應用。

多年以來(lái)，線(xiàn)性穩壓器和開(kāi)關(guān)穩壓器一直采用約1.2 V的反饋電壓。此電壓由DC-DC轉換器IC中的帶隙電路產(chǎn)生，它確定了使用外部電阻分壓器可以設置的最低電壓。到目前為止，大多數現代穩壓器IC都可以產(chǎn)生0.8 V、0.6 V甚至0.5 V的輸出電壓。內部基準電壓源也按這種方式設計，所以能夠獲得更低的電壓。圖1所示為這種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)穩壓器 LTC3822 ，它以0.6 V的基準電壓產(chǎn)生0.6 V的反饋電壓。

圖1 可產(chǎn)生0.6 V或更高低輸出電壓的LTC3822 DC-DC轉換器

但是，如果需要低于0.6 V的電源電壓，則需要對圖1所示的電路進(jìn)行調整，否則無(wú)法使用。

利用一些技巧，您也可以使開(kāi)關(guān)或線(xiàn)性穩壓器產(chǎn)生低于反饋電壓的電壓?？梢酝ㄟ^(guò)使用圖2所示的電路實(shí)現。將電阻分壓器與一個(gè)外加的偏置正電壓連接，用于調節輸出電壓。該電壓可以由低壓降穩壓器(LDO)或基準電壓源產(chǎn)生。這樣，電阻分壓器構成了一個(gè)電壓分壓器，電流IFB的流動(dòng)方向與圖1中的常規情況相反。在圖2中，電流從外部基準電壓源經(jīng)由電阻分壓器流向輸出電壓。

公式1顯示了IC的反饋電壓(VFB)、所需的輸出電壓(VOUT)、外加正極直流偏置電壓(VOFFSET)，以及電阻分壓器的電阻R1和R2之間關(guān)系。

對于電阻分壓器的阻值選擇，建議R1、R2的總和介于(100~500) kΩ之間。這使偏置電流在功率效率方面足夠低，但又高到可以防止過(guò)多的噪聲耦合到敏感的反饋路徑。

圖2 對圖1電路進(jìn)行調整，可以產(chǎn)生低于0.6 V的輸出電壓

這一設計理念通常適用于產(chǎn)生低于開(kāi)關(guān)穩壓器或線(xiàn)性穩壓器的額定最低電壓的電壓。但是，應注意幾點(diǎn)：外加的基準電壓源應在DC-DC轉換器開(kāi)啟之前啟動(dòng)和運行。如果該輔助電壓為0 V或具有高電阻，DC-DC轉換器可能會(huì )產(chǎn)生過(guò)高的電壓并損壞負載電路。

在最糟糕的情況下，即當開(kāi)關(guān)穩壓器尚未開(kāi)啟但輔助電壓已經(jīng)施加時(shí)，流經(jīng)電阻分壓器的電流IFB將為輸出電容充電，使其電壓高于設置電壓。當負載具有極高阻抗時(shí)，就會(huì )發(fā)生這種情況。所以設置1個(gè)最小負載以避免這種情況可能是必要的。

電阻分壓器的輔助電壓（在圖2中為1 V）精度會(huì )直接影響所產(chǎn)生的電源電壓精度。因此，應使用特別干凈的低紋波電壓。

此外，并非所有電壓轉換器都適合進(jìn)行此類(lèi)操作。例如，DC-DC轉換器中電流檢測放大器的測量范圍也許只能提供較高電壓下的工作范圍。還應該注意的是，在較高輸入電壓下產(chǎn)生極低電壓，還需要低占空比。這里，選擇1個(gè)具有較短最小導通時(shí)間的開(kāi)關(guān)穩壓器IC，并在低開(kāi)關(guān)頻率下工作可能是非常有幫助的。

圖3 可以使用仿真工具（例如ADI的LTspice^?）對電路實(shí)施初始測試

如果要以低于IC制造商指定的輸出電壓運行線(xiàn)性穩壓器或開(kāi)關(guān)穩壓器，使用仿真工具（例如ADI的LTspice）進(jìn)行初始檢查是非常有用的。圖3顯示了一個(gè)LTC3822構成的電路，使用額外的電壓源作為反饋路徑的偏置。在這個(gè)電路中，產(chǎn)生1個(gè)200 mV輸出電壓。根據數據手冊，LTC3822適用于產(chǎn)生最低0.6 V的輸出電壓。在電路中，輔助電壓源（圖3中的電壓源V2）可以通過(guò)LDO穩壓器或基準電壓源實(shí)現。利用本文所述的技巧，對電路進(jìn)行完全測試，甚至可能產(chǎn)生更低的輸出電壓。

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal：曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔任多種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，現擔任位于德國慕尼黑的ADI公司的電源管理現場(chǎng)應用工程師。