每一代新的计算系统总是比上一代产品要求更高的总功率和更低的电源电压,从而使电源设计人员面临在更小面积上保持更高输出电流的难题。在高功率密度和低输出电压条件下,散热问题上升为首要设计考虑因素,尤其是对于低噪声应用中的线性稳压器而言。并联 LDO 稳压器可以提高电源电流并减少散热,从而降低任何特定元件的温升幅度以及所需的散热器件尺寸和数量。

 

本文说明如何将 3 A LT3033 极低压差稳压器(VLDO)并联产生 3 A 以上电流并改善散热情况。利用 LT3033 的内置输出电流监测功能可以简化并联电路的设计,实现均流。

 

LT3033 的输入电压范围是 1.14 V 至 10 V, 输出电压可低至 0.2 V,负载电流可达 3 A。在满负载时的压差仅 95 mV。工作时静态电流为 1.8 mA,关断时降至 22μA。可由用户设定的限流功能和热保护使其具有高电流、低电压应用所必需的鲁棒性。

 

参考设计:3 A、单 VLDO 应用
图 1 显示 LT3033 通过 1.2V 输入电源提供 0.9V、3A 的输出。IN 和 OUT 引脚需要至少 10 μF 的极低 ESR 陶瓷电容,以保持稳定性。在 VOUT 和 ADJ 引脚之间增加一个前馈电容(CFF),可改善瞬态响应并降低输出电压噪声。在 REF/BYP 引脚到 GND 之间设置 10 nF 旁路电容通常可在 10 Hz 至 100 kHz 带宽内将输出电压噪声降至 60 μV rms,并软启动基准电压源。调节所需的最小输入电压等于调节输出电压 VOUT 加上压差或 1.14 V,取其较大值。演示板见图 2。

 

图 1.LT3033 典型应用。

 

图 2.LT3033 演示板。

 

客户可以通过在 ILIM 引脚与 GND 之间连接一个电阻自行设定限流值,在宽温度范围内精度可达±12%。当输入与输出的差分电压超过 5 V 时,具有折返功能的内部限流会替代外部限流。

 

LT3033 通过测量 IMON 到 GND 的电阻电压来实现输出电流监测。IMON 引脚是芯片内部 PNP 的集电极,它以 1:2650 的比率镜像 LT3033 输出 PNP 的电流。当电阻电压不高于 VOUT–400 mV 时,它与输出电流成正比。

 

 

该输出电流监测功能有助于实现多个 LT3033 的均流。


尽管 LT3033 的尺寸很小,但它仍然集成了许多保护功能,包括具有折返功能的内部限流、热限制、反向电流和电池反接保护。

两个 LT3033 并联用于 6 A 应用
对于需要 3 A 以上电流的应用,可以利用其电流监测功能将多个 LT3033 并联。图 3 显示两个 LT3033 以及两个 2N3904 NPN 器件通过并联,以产生 1.5 V、6 A 输出。每个器件的 IN 引脚和 OUT 引脚分别相连。一个 LT3033 充当主器件,控制另一个 LT3033 从器件。

 

将 IMON 引脚与 NPN 电流镜组合使用,可创建一个简单的放大器。该放大器将电流注入 LT3033 从器件的反馈分压器中,强制使每个 LT3033 的 IMON 电流相等。100 Ω电阻可在满负载条件下提供 113 mV 的发射极负反馈,以确保良好的电流镜匹配。LT3033 从器件的输出电压设置为 1.35 V,比电路输出低 10%,以确保 LT3033 主器件掌握控制权。LT3033 从器件的反馈电阻拆分成多个区段,以确保为从器件的 NPN 提供足够的裕量。从器件的 IMON 引脚上添加了一个 10 nF 电容和 5.1 kΩ电阻的组合,对反馈环路进行频率补偿。

 

尽管该电路可以提供 6 A 的负载电流,但由于两个 NPN 器件之间的失配导致电路板上热量分布不均匀,从而限制了均流精度。使用匹配的单芯片晶体管(例如,ADI 公司的 MAT14)来代替两个分立式 NPN 器件,可以获得更高的均流精度。MAT14 是一款四通道单芯片 NPN 晶体管,具有出色的参数匹配性能。其最大电流增益匹配为 4%。

 

图 4 比较了使用分立式和匹配的 NPN 器件时每个 LDO 稳压器的相应输出电流。与 2N3904 相比,MAT14 电流镜的电流失配率从 5.3%降至 1.6%。

 

图 3. 两个 LT3033 并联。

 

图 4. 通过使用匹配的 MAT14 单芯片四通道三极管和并联 LDO 稳压器,降低了均流失配。

 

图 5. 采用 MAT14,四个 LT3033 并联。

 

图 6. 四个 LT3033 并联时的热性能。

 

使用匹配元件并联四个 LT3033,以实现平衡均流和均匀散热
通过扩展电流镜和添加 LT3033 从器件,该并行电路架构可根据需要扩展,使用更多 LT3033。图 5 显示使用 MAT14、四个 LT3033 并联的均流解决方案。热性能如图 6 所示。四个 LT3033 的温度在 51°C 至 58°C 范围内。考虑每个器件沿输入走线的压降,电路板上散热均匀,表明该解决方案实现了平衡均流。图 7 显示在 1.8 V 输入下运行提供 1.5 V 输出、12 A 电源的瞬态响应。

 

图 7. 四个 LT3033 并联的负载瞬态响应。

 

结论
LT3033 是一款 3A VLDO 稳压器,采用 3 mm × 4 mm 封装。其内置输出电流监测功能,将多个 LT3033 VLDO 稳压器并联即可用于大电流应用。LT3033 在满负载条件下的典型压差仅为 95 mV,非常适合低输入电压至低输出电压的大电流应用,与开关稳压器的电效率相当。其他特性包括可设定限流、电源良好标志和热限制,可提供可靠和稳定的解决方案。电池供电系统可受益于低静态电流和电池反接保护。