Q:有什么好的解决方案可以产生只有几百毫伏的微型直流电源电压
A:只需将一个干净的外加正电压连接至 DC-DC 转换器的反馈电阻即可。

 

在过去的几年里,由于微控制器、CPU、DSP 等数字电路的几何结构尺寸不断缩小,电子元器件的电源电压一直持续下降。在测量领域也有一些需要低电源电压的应用。

 

多年以来,线性稳压器和开关稳压器一直采用约 1.2 V 的反馈电压。此电压由 DC-DC 转换器 IC 中的带隙电路产生,它确定了使用外部电阻分压器可以设置的最低电压。到目前为止,大多数现代稳压器 IC 都可以产生 0.8 V、0.6 V 甚至 0.5 V 的输出电压。内部基准电压源也按这种方式设计,所以能够获得更低的电压。图 1 所示为这种类型的开关稳压器 LTC3822,它以 0.6 V 的基准电压产生 0.6 V 的反馈电压。

 

图 1. 可产生 0.6 V 或更高低输出电压的 LTC3822 DC-DC 转换器。

 

但是,如果需要低于 0.6 V 的电源电压,则需要对图 1 所示的电路进行调整,否则无法使用。

 

利用一些技巧,您也可以使开关或线性稳压器产生低于反馈电压的电压。可以通过使用图 2 所示的电路实现。将电阻分压器与一个外加的偏置正电压连接,用于调节输出电压。该电压可以由低压降稳压器(LDO)或基准电压源产生。这样,电阻分压器构成了一个电压分压器,电流 IFB 的流动方向与图 1 中的常规情况相反。在图 2 中,电流从外部基准电压源经由电阻分压器流向输出电压。

 

公式 1 显示了 IC 的反馈电压(VFB)、所需的输出电压(VOUT)、外加正极直流偏置电压(VOFFSET),以及电阻分压器的电阻 R1 和 R2 之间关系。

 

 

对于电阻分压器的阻值选择,建议 R1、R2 的总和介于 100 kΩ和 500 kΩ之间。这使得偏置电流在功率效率方面足够低,但又高到可以防止过多的噪声耦合到敏感的反馈路径。

 

图 2. 对图 1 电路进行调整,可以产生低于 0.6 V 的输出电压。

 

这一设计理念通常适用于产生低于开关稳压器或线性稳压器的额定最低电压的电压。但是,应注意几点:外加的基准电压源应在 DC-DC 转换器开启之前启动和运行。如果该辅助电压为 0 V 或具有高电阻,DC-DC 转换器可能会产生过高的电压并损坏负载电路。

 

在最糟糕的情况下,即当开关稳压器尚未开启但辅助电压已经施加时,流经电阻分压器的电流 IFB 将为输出电容充电,使其电压高于设置电压。当负载具有极高阻抗时,就会发生这种情况。所以设置一个最小负载以避免这种情况可能是必要的。

 

电阻分压器的辅助电压(在图 2 中为 1 V)精度会直接影响所产生的电源电压精度。因此,应使用特别干净的低纹波电压。

 

此外,并非所有电压转换器都适合进行此类操作。例如,DC-DC 转换器中电流检测放大器的测量范围也许只能提供较高电压下的工作范围。还应该注意的是,在较高输入电压下产生极低电压,还需要低占空比。这里,选择一个具有较短最小导通时间的开关稳压器 IC,并在低开关频率下工作可能是非常有帮助的。

 

图 3. 可以使用仿真工具(例如 ADI 的 LTspice®)对电路实施初始测试。

 

如果要以低于 IC 制造商指定的输出电压运行线性稳压器或开关稳压器,使用仿真工具(例如 ADI 的 LTspice)进行初始检查是非常有用的。图 3 显示了一个 LTC3822 构成的电路,使用额外的电压源作为反馈路径的偏置。在这个电路中,产生一个 200 mV 输出电压。根据数据手册,LTC3822 适用于产生最低 0.6 V 的输出电压。在电路中,辅助电压源(图 3 中的电压源 V2)可以通过 LDO 稳压器或基准电压源实现。利用本文所述的技巧,对电路进行完全测试,甚至可能产生更低的输出电压。