摘要

新設計的控制環路架構能夠產生超低的噪聲電壓，并且可同時適用于線性穩壓器與開關穩壓器。除了實現低噪聲外，這種架構還使得噪聲水平與設定的輸出電壓無關。這也使得可以實現低至0 V的超低輸出電壓。

電源轉換器通常包含控制環路，無論輸入電壓或負載電流如何變化，都能維持設定的輸出電壓。

電阻分壓器常常被用于檢測輸出電壓。圖1展示了一個降壓型穩壓器電路。在該控制環路中，電阻分壓器（RFB1和RFB2）將產生的輸出電壓調節到內部基準電壓(VREF)所指定的水平。這個基準電壓通常設置為1.2 V、0.8 V或0.6 V。隨后，誤差放大器（圖1中的運算放大器）的輸出會被饋送到控制塊，該控制塊負責管理電源開關(MOSFET)的開關時間。

圖1 配有電阻分壓器的電源轉換器的控制環路

長期以來，這種傳統調節方法一直是行業標準做法。然而，如今一種更優的替代方案應運而生，它在電源轉換方面具有諸多優勢，廣泛適用于開關穩壓器和低壓差(LDO)穩壓器等器件。圖2呈現的新構想采用了單位增益架構，在此架構中，輸出電壓直接饋入誤差放大器，并通過連接到內部電源的一個電阻(RSET)進行調節。與圖1中采用電阻分壓器的傳統方法不同，新配置允許輸出電壓向下調節至0 V，而在傳統方法中，最小可調節電壓只能達到與內部安裝的基準電壓相當的水平。

另一個優點是，在低于100 kHz的低頻下能夠產生更少的噪聲。通過并入一個CSET電容，它可對來自內部電流源的低頻干擾進行平均處理，從而大幅降低這些干擾。

在這種新架構中，電阻分壓器的電阻不會引入額外的噪聲，使得噪聲特性在很大程度上與輸出電壓無關。因此，低頻噪聲不會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壓器，例如20 V、500 mA超低噪聲LDO穩壓器LT3045等，都采用了這種環路調節技術。第三代Silent Switcher^?系列新型降壓型開關穩壓器，如LTC8625S，就是運用這種創新方法設計的。

圖2 配有單位增益架構的電源轉換器的控制環路

圖3展示了第三代Silent Switcher開關穩壓器LT8625S，使用免費仿真程序LTspice?進行建模。這款開關模式電源轉換器支持高達18 V的輸入電壓，并且能夠在高達8 A的負載電流下運行。在輸出電壓方面，它在10 Hz至100 kHz的頻率范圍內產生4 μV rms的低頻噪聲。此外，它還內置了一個精密電流源，在-40°C至+125°C的整個允許溫度范圍內，精度可達±0.8%。

圖3 配有單位增益架構的第三代Silent Switcher開關穩壓器

在圖3所示的電路中，輸出電壓是通過SET引腳上的電阻R5來設置的。值得注意的是，輸出電壓和PGFB引腳之間存在一個由R3和R2組成的電阻分壓器。這個電阻分壓器并不影響控制環路，僅用于使PG引腳正常工作。

此設計實現了從傳統成熟方法（例如在控制環路中應用電阻分壓器）向更為先進的現代技術（例如單位增益架構）的轉變。這一進步意義重大，使得低頻范圍內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定的輸出電壓，從而能夠實現低至0 V的極低電壓輸出。許多新型線性穩壓器和開關穩壓器都采用了這一創新技術。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。