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如何才能產(chǎn)生只有幾百毫伏的極低電壓呢？

發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 責(zé)任編輯：lina

【導(dǎo)讀】在過去的幾年里，由于微控制器、CPU、DSP等數(shù)字電路的幾何結(jié)構(gòu)尺寸不斷縮小，電子元器件的電源電壓一直持續(xù)下降。在測(cè)量領(lǐng)域也有一些需要低電源電壓的應(yīng)用。

Q：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？

A：只需將一個(gè)干凈的外加正電壓連接至DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋電阻即可。

在過去的幾年里，由于微控制器、CPU、DSP等數(shù)字電路的幾何結(jié)構(gòu)尺寸不斷縮小，電子元器件的電源電壓一直持續(xù)下降。在測(cè)量領(lǐng)域也有一些需要低電源電壓的應(yīng)用。

多年以來，線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器一直采用約1.2 V的反饋電壓。此電壓由DC-DC轉(zhuǎn)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(shè)置的最低電壓。到目前為止，大多數(shù)現(xiàn)代穩(wěn)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(nèi)部基準(zhǔn)電壓源也按這種方式設(shè)計(jì)，所以能夠獲得更低的電壓。圖1所示為這種類型的開關(guān)穩(wěn)壓器 LTC3822，它以0.6 V的基準(zhǔn)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(zhuǎn)換器。

但是，如果需要低于0.6 V的電源電壓，則需要對(duì)圖1所示的電路進(jìn)行調(diào)整，否則無法使用。

利用一些技巧，您也可以使開關(guān)或線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生低于反饋電壓的電壓。可以通過使用圖2所示的電路實(shí)現(xiàn)。將電阻分壓器與一個(gè)外加的偏置正電壓連接，用于調(diào)節(jié)輸出電壓。該電壓可以由低壓降穩(wěn)壓器(LDO)或基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生。這樣，電阻分壓器構(gòu)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(guī)情況相反。在圖2中，電流從外部基準(zhǔn)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(duì)于電阻分壓器的阻值選擇，建議R1、R2的總和介于100 kΩ和500 kΩ之間。這使得偏置電流在功率效率方面足夠低，但又高到可以防止過多的噪聲耦合到敏感的反饋路徑。

圖2.對(duì)圖1電路進(jìn)行調(diào)整，可以產(chǎn)生低于0.6 V的輸出電壓。

這一設(shè)計(jì)理念通常適用于產(chǎn)生低于開關(guān)穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器的額定最低電壓的電壓。但是，應(yīng)注意幾點(diǎn)：外加的基準(zhǔn)電壓源應(yīng)在DC-DC轉(zhuǎn)換器開啟之前啟動(dòng)和運(yùn)行。如果該輔助電壓為0 V或具有高電阻，DC-DC轉(zhuǎn)換器可能會(huì)產(chǎn)生過高的電壓并損壞負(fù)載電路。

在最糟糕的情況下，即當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器尚未開啟但輔助電壓已經(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(shè)置電壓。當(dāng)負(fù)載具有極高阻抗時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。所以設(shè)置一個(gè)最小負(fù)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(yīng)使用特別干凈的低紋波電壓。

此外，并非所有電壓轉(zhuǎn)換器都適合進(jìn)行此類操作。例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器中電流檢測(cè)放大器的測(cè)量范圍也許只能提供較高電壓下的工作范圍。還應(yīng)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，選擇一個(gè)具有較短最小導(dǎo)通時(shí)間的開關(guān)穩(wěn)壓器IC，并在低開關(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(duì)電路實(shí)施初始測(cè)試。

如果要以低于IC制造商指定的輸出電壓運(yùn)行線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)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(gòu)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)生一個(gè)200 mV輸出電壓。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，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LDO穩(wěn)壓器或基準(zhǔn)電壓源實(shí)現(xiàn)。利用本文所述的技巧，對(duì)電路進(jìn)行完全測(cè)試，甚至可能產(chǎn)生更低的輸出電壓。

LTC3822

●無需電流檢測(cè)電阻器

●全 N 溝道 MOSFET 同步驅(qū)動(dòng)

●可提供大電流輸出

●恒定頻率電流模式操作以實(shí)現(xiàn)卓越的電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

●VIN：2.75V 至 4.5V

●±1% 0.6V 基準(zhǔn)

●低壓差操作：99% 占空比

●可選頻率 (300kHz / 550kHz / 750kHz)

●內(nèi)部軟起動(dòng)電路

●可選的最大峰值電流檢測(cè)門限

●數(shù)字 RUN 控制引腳