РадиоЛоцман - Все об электронике

Источник питания 0.2 В на основе стандартного регулятора напряжения

Linear Technology LTC3822

Frederik Dostal

Electronic Design

Добавив резистивный делитель и источник постоянного напряжения к стандартному DC/DC регулятору, можно легко получить напряжение ниже 1 В, вплоть до нескольких сотен милливольт

Используя дополнительный источник положительного напряжения, подключенный к резистору обратной связи DC/DC преобразователя, можно получить очень маленькое напряжение питания всего в несколько сотен милливольт. Такие низковольтные шины становится все более востребованными, поскольку напряжение питания электронных компонентов в последние годы неуклонно снижается. Во многом это связано с уменьшением размеров геометрических структур в микроконтроллерах, процессорах, DSP и других цифровых схемах. Измерительные приложения также требуют низких напряжений питания.

В течение многих лет в линейных и импульсных регуляторах использовалось напряжение обратной связи порядка 1.2 В. Это напряжение создавалось интегрированной в DC/DC преобразователь схемой, использующей ширину запрещенной энергетической зоны, и определяло наименьшее напряжение, которое могло быть установлено внешним резистивным делителем. Теперь большинство современных микросхем регуляторов напряжения могут стабилизировать выходные напряжения 0.8 В, 0.6 В или даже 0.5 В.

Конструкция внутреннего источника опорного напряжения новых импульсных регуляторов позволяет получать более низкие выходные напряжения, как, например, LTC3822, напряжение обратной связи которой равно 0.6 В (Рисунок 1). Однако если требуется напряжение питания менее 0.6 В, использовать эту схему без дополнительных изменений нельзя.

DC/DC преобразователь LTC3822 может использоваться для стабилизации низких выходных напряжений вплоть до 0.6 В.
Рисунок 1. DC/DC преобразователь LTC3822 может использоваться для
стабилизации низких выходных напряжений вплоть до 0.6 В.

Впрочем, с помощью определенной хитрости можно сделать так, чтобы выходные напряжения импульсного или линейного регулятора были ниже, чем напряжение обратной связи. Этого можно добиться, используя схемы подобные той, что показана на Рисунке 2. Для нее требуется дополнительный источник положительного напряжения, к которому подключается резистивный делитель, задающий выходное напряжение.

Схема на Рисунке 1 изменена так, чтобы ее выходные напряжения могли быть ниже 0.6 В.
Рисунок 2. Схема на Рисунке 1 изменена так, чтобы ее выходные
напряжения могли быть ниже 0.6 В.

Это напряжение можно получить от микросхем LDO регуляторов или источников опорного напряжения. При этом образуется резистивный делитель напряжения, в котором ток IFB протекает в направлении, противоположном нормальному, показанному на Рисунке 1. Вместо этого ток течет от внешнего источника опорного напряжения через резистивный делитель к выходному напряжению. Следующая формула показывает взаимосвязь между напряжением обратной связи микросхемы (VFB), желаемым выходным напряжением (VOUT), дополнительным положительным напряжением смещения (VOFFSET) и сопротивлениями резисторов делителя R1 и R2:

Рекомендуемые номиналы резисторов делителя составляют от 100 до 500 кОм для суммы сопротивлений R1 и R2. Это позволяет поддерживать ток смещения достаточно низким с точки зрения энергоэффективности, но достаточно высоким, чтобы предотвратить чрезмерное воздействие помех на чувствительную цепь обратной связи.

Обычно описанная концепция хорошо подходит для получения напряжения более низкого, чем оговоренное в техническом описании минимальное выходное напряжение импульсного или линейного регулятора. Однако необходимо принимать во внимание несколько моментов. Дополнительный источник опорного напряжения должен быть включен до того, как будет запущен DC/DC преобразователь. Если это вспомогательное напряжение равно 0 В или его источник имеет высокое выходное сопротивление, DC/DC преобразователь может выдавать слишком высокое напряжение и повредить цепь нагрузки.

В худшем случае, когда импульсный стабилизатор еще не включен, но вспомогательное напряжение уже подано, ток IFB, идущий через резистивный делитель, будет заряжать выходной конденсатор до напряжений, превышающих установленное значение. Это может произойти при очень высоком импедансе нагрузки. Чтобы избежать такого сценария, возможно, потребуется установить минимальную нагрузку.

Точность источника дополнительного напряжения в резистивном делителе (1 В на Рисунке 2) напрямую определяет точность получаемого напряжения питания. Следовательно, напряжение этого источника должно быть особенно «чистым», с низким уровнем пульсаций.

Мало того, для такого режима работы подходит далеко не всякий преобразователь напряжения. Например, может быть так, что диапазон измерений внутреннего токоизмерительного усилителя DC/DC преобразователя поддерживает рабочий режим только при более высоких напряжениях. Также следует отметить, что для получения очень низких напряжений при сравнительно высоких входных напряжениях требуется низкий коэффициент заполнения. Поэтому было бы полезным выбрать микросхему импульсного регулятора с короткой минимально допустимой длительностью импульса и использовать ее при низкой частоте переключения.

Для оценки работы линейного или импульсного регулятора с выходными напряжениями более низкими, чем предусмотрено производителем микросхемы, может оказаться полезной первоначальная проверка с использованием инструмента моделирования, такого, например, как LTspice компании Analog Devices. На Рисунке 3 показана схема на основе LTC3822 с дополнительным источником напряжения, смещающим токи в цепи обратной связи таким образом, что выходное напряжение становится равным 200 мВ. Согласно техническому описанию, минимальное выходное напряжение, которое способна стабилизировать микросхема LTC3822, равно 0.6 В.

Чтобы убедиться, что схема будет работать с выбранными компонентами (в принципе), для первоначальной проверки можно использовать инструмент моделирования, такой как LTspice компании Analog Devices.
Рисунок 3. Чтобы убедиться, что схема будет работать с выбранными компонентами (в принципе),
для первоначальной проверки можно использовать инструмент моделирования, такой как
LTspice компании Analog Devices.

В этой схеме дополнительный источник напряжения V2 может быть реализован на основе LDO стабилизатора или источника опорного напряжения. С помощью описанной здесь «хитрости» и тщательного тестирования схемы можно получить даже более низкие выходные напряжения.

Материалы по теме

  1. Datasheet Linear Technology LTC3822
  2. Datasheet Diodes BAT54
  3. Datasheet ON Semiconductor FDS6890A

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Generate Sub-1-Volt Rails Using Standard Regulators

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

LTC3822 Купить ЦенаКупить LTC3822 на РадиоЛоцман.Цены — от 148 до 235
15 предложений от 13 поставщиков
PMIC; преобразователь DC/DC; Uвх: 2,75?4,5В; Uвых: 0,6?4,455В
ЭИК
Россия
LTC3822EMSE#PBF
Linear Technology
от 148 ₽
Элитан
Россия
LTC3822EDD
Analog Devices
164 ₽
TMElectronics
Россия
LTC3822EMSE#TRPBF
235 ₽
ТаймЧипс
Россия
LTC3822
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя