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如何創(chuàng)建可編程輸出反相降壓-升壓穩(wěn)壓器

中國投影網(wǎng)投影機資訊  來源:德州儀器  2018-11-16 12:06:32  編輯:白云  [ ]

    在很多應(yīng)用中,尤其是測試和測量領(lǐng)域,您都需要借助外部裝置或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器設(shè)置反相降壓/升壓穩(wěn)壓器的輸出電壓。在常規(guī)的降壓拓?fù)渲,這種操作很簡單:只需要借助一個帶有串聯(lián)電阻器的電壓電源、一個電流源或者一個DAC將電流導(dǎo)入反饋節(jié)點,如圖1所示。

    1.降壓拓?fù)涞目删幊屉妷?BR>  但是,如果您需要改變降壓-升壓拓?fù)渲械碾娮杵鞯碾妷,就有一點麻煩了。
  您可以通過反相接地和VOUT電位并使集成電路的參考位于-VOUT電位而配置降壓-升壓拓?fù)渲械慕祲悍(wěn)壓器。也就是說穩(wěn)壓器集成電路的接地腳位于-VOUT。由于穩(wěn)壓器的FB引腳位于-VOUT電位而非接地電位上,將電流導(dǎo)入FB引腳便有一點棘手。為將電流導(dǎo)入反相降壓-升壓拓?fù)渲械腇B引腳,您需要電平移動電壓源/DAC的信號。在本文中,我將向大家介紹一些不同的方法。
  以德州儀器的LMZM33606為例。LMZM33606是一個額定輸入電壓為36V的降壓電源模塊,最大負(fù)載為6A。 圖2說明了如何將LMZM33606設(shè)置為反相降壓-升壓穩(wěn)壓器!

     2.LMZM33606反相降壓-升壓。
  方法1:使用一個PNP的電平位移器
  在這些降壓-升壓應(yīng)用中使用LMZM33606時,可以實現(xiàn)-15V至-5V的可編程輸出電壓范圍。通過電流源方法,您能夠以絕對量級調(diào)低穩(wěn)壓器的輸出。這樣,在設(shè)置反饋分頻器電阻器時,便可以將設(shè)計的默認(rèn)輸出設(shè)為-15V。添加外部電流源時,您可以將穩(wěn)壓器輸出設(shè)置為-5V。默認(rèn)輸出為-15V時,計算的高反饋值和低反饋值分別為:
  RFBT = 100kΩ.
 RFBB = 7.42kΩ.
  電平位移接地參考信號以將電流導(dǎo)入FB引腳的最簡單的方法是,使用單PNP型雙極性晶體管(BJT)。圖三說明了如何將一個單PNP作為電平位移器使用。

    3.用單PNP的部署。
  PNP Q1的基極接地,反射極通過電阻器連接DAC/電壓源。電壓源高于PNP基地發(fā)射下拉(VBE)時,會產(chǎn)生等式1所述的電流:

    xt設(shè)定為50kΩ。FB節(jié)點可以應(yīng)用基爾霍夫電流定律,您可以使用等式2計算電流IX:

    等式2中代入等式1,得出等式3,由此可以計算出調(diào)整輸出電壓VOUT所需的編程電壓VX:

    等式3變成等式4,可以得出根據(jù)VX值進行變成的VOUT:

     等式4說明了VOUT對晶體管VBE的從屬關(guān)系。晶體管VBE本身取決于集電極電流,隨溫度變化時,會影響編程VOUT的精確度。
  下一個方法說明了如何從等式中移除VBE。圖4所示是一個有兩個PNP晶體管的電路,所采用的連接方式可以抵消VBE的影響。
  方法2:使用兩個PNP的電平位移器

    4.兩個PNP抵消VBE的部署。
  本方法需要使用兩個PNP,最好是使用兩個組合包裝的PNP BJT,以確保兩個晶體管之間匹配良好。本方法還可以減少輸出電壓編程中的錯誤。
  Q1晶體管的基極連接至程控電壓源。發(fā)射極經(jīng)由一個串聯(lián)電阻器RS連接至另一個正電軌,并且集電極接地。這樣便可以在晶體管的發(fā)射極形成一個VX + VBE電壓。Q2晶體管的發(fā)射極通過電阻器RX連接至Q1的發(fā)射極。RX設(shè)置導(dǎo)入FB節(jié)點的電流;鶚O接地后,Q2發(fā)射極節(jié)點產(chǎn)生一個+VBE。等式5計算了流至發(fā)射極的電流(理想情況):

    曾解釋過,晶體管的VBE取決于集電極電流,如等式6所述:

    其中IC為集電極電流,IS為飽和電流,VT為熱電壓。
  如果兩個晶體管的集電極電流差異較大,則VBE不會完全彼此抵消。等式7闡述了晶體管兩個VBE之間的差異:

     簡化為等式8:

     其中X為兩個集電極電流的比率。
   如您所見,如果兩個集電極電流相同,則VBE將完全抵消。在圖4所示的配置中,設(shè)定RS的值時,需要確保集電極電流之間的差異不是太大。在本例中,我選擇的RS為10kΩ,RX為50kΩ。VBE的增量也會隨著VT而變化,它會隨著溫度變化而發(fā)生。
  方法3:改良版威爾遜電流鏡
  使用電流鏡匹配集電極電流是一個非常有效的方法。對此,相比常規(guī)的電流鏡,威爾遜電流鏡是一個更好的選擇。圖5是威爾遜電流鏡中使用的原理圖。

     5.爾遜電流鏡部署
  本方法中,有另外一個BJT,基極連接至Q1的集電極。Q3的發(fā)射極連接至電流鏡的VBE結(jié)點。程控電流經(jīng)Q3晶體管的集電極流至FB引腳。
  現(xiàn)在可暫時忽略電阻器RB,等式9按照以下方式計算導(dǎo)入本設(shè)置中的參考電流:

    等式10得出了導(dǎo)入電流與參考電流的比率。

    在晶體管的增量() 為較大的值時,可以看到威爾遜電流鏡的精度遠高于標(biāo)準(zhǔn)電流鏡。
  威爾遜電流鏡不會完全消除對VBE的依賴性。但可以通過一個簡單的方法避開。將電阻器RB從源VX連接至電流鏡基極,如圖5所示,形成一個添加至參考電流IX的電流。將等式9改寫為等式11:

    等式12選擇RB:
  

    等式13:
  

     等式13中的VBE組件完全抵消,得出等式14:
  

      等式14說明,導(dǎo)入FB節(jié)點的電流僅基于程控電壓,不受VBE影響。
    無論使用哪一種方法,都可以借助少數(shù)幾個組件為反相電軌創(chuàng)建一個程控輸出電壓。電路的復(fù)雜性依具體的系統(tǒng)要求而異。對于要求極高保真度的應(yīng)用,威爾遜電流鏡是最佳的解決方案,因為它可以得出與程控電壓最接近的響應(yīng)。
  
  


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