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并联ADP1763 LDO稳压器以支持高输出电流应用

来源:大鱼游戏官网bigfish    发布时间:2024-08-12 02:16:43

  许多高性能混合信号产品,如高速模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)、捷变射频(RF)收发器、时钟、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)等,需要超低噪声、低压差(LDO)线性稳压器来提供干净电源,从而最大限度地提高信号链性能。对更多集成功能和更低功耗的高要求,使得这些大规模混合信号集成电路(IC)的设计工艺尺寸越来越小(例如28 nm或更小),以便容纳更多晶体管。这种趋势同样影响了电源要求。近年来,内核电源电压持续降低,但为了支持更多模拟或数字功能,负载电流明显提高(例如3 A以上)。

  在特定应用中,要找到能同时满足超低噪声和高负载电流这两个设计目标的合适LDO稳压器是相当困难的,因为市场上的LDO稳压器产品非常有限,即使有合适的器件,用户也可能要支付额外的费用。因此,针对高电流应用,有时候将LDO稳压器并联起来会很有利。在高负载应用中,相比于单个LDO稳压器,并联LDO稳压器具有许多优势,包括热量和功率损耗会分配在多个LDO稳压器封装上。另外,并联LDO稳压器还能改善压差,提高电源抑制比(PSRR)性能,因为与单个LDO稳压器相比,各LDO稳压器的工作电流更低。图1所示为一个高性能混合信号产品的电源图。两个ADP1763器件并联以提供内核电压,如图1所示。

  本应用笔记介绍两种并联方法:无源和有源。对于无源并联,两个可调ADP1763器件通过镇流电阻并联在一起。对于有源并联,一个低失调轨到轨放大器ADA4051-1调节ADP1763器件的输出电压,通过检验测试两个ADP1763器件的电流差来实现均流。实验测试结果为了两种方法的优点和缺点。

  一般而言,用户简单地将两个LDO稳压器并联是不能够实现均流的,由于容差,两个LDO稳压器的输出电压可能不匹配;比如LDO基准电压不同、反馈电阻不一致、印刷电路板(PCB)寄生特性不一致等。LDO稳压器的输出电压不匹配可能会导致负载电流严重不平衡。在最不利情况下,它可能会引起一个LDO承受大部分负载,从而触发限流保护。

  ADP1763是一款LDO线性稳压器,采用单输入电源工作,输入电压低至1.1 V,无需外部偏置电源,提供高达3 A的输出电流。ADP1763的输出噪声非常低,在100 Hz至100 kHz范围内仅有2 V rms。ADP1763的超低输出噪声特性是通过如下方法实现的:LDO误差放大器保持单位增益,并设置基准电压等于输出电压。单位增益架构的优势是LDO输出噪声与输出电压设置无关。更多信息参见图2。

  一种实用的均流方法是在各稳压器的输出端增加相同的镇流电阻(RB1和RB2),以改善多个LDO稳压器之间的均流性能。为实现更好的均流性能,最好使用高阻值镇流电阻。然而,高电阻会降低负载调整性能,使得压差变大。设计时必须权衡考虑以选择正真适合的镇流电阻,扬长避短。图3显示两个ADP1763器件并联。为使输出误差最小,应将各自的REFCAP和VADJ引脚连起来,以在不同器件上实现精密匹配的基准电压。将各自的SS和EN引脚连起来,以在不同器件之间实现同步软启动行为。如果应用需要电源良好指示功能,还应将其PG引脚连起来。

  当两个ADP1763器件的REFCAP引脚相连时,主要输出电压误差来源于误差放大器失调电压,误差放大器连接到各ADP1763输出。此误差放大器的失调电压非常低,在40C至+125C温度范围内其最大值为1.32 mV。REFCAP引脚和VOUT引脚之间仅有1.32 mV误差,此失调电压允许使用小镇流电阻来实现合理的均流精度。此外,小镇流电阻还有低负载调整率和低功率损耗的优势。

  为了计算最差情况,假设VO1具有最差正失调电压,VO2具有最差负失调电压。

  镇流电阻容差(RS-TOL)为1%。为了计算最差情况,假设VO1电压轨上的镇流电阻具有正容差,VO2电压轨上的镇流电阻具有负容差。

  图4显示了5 A负载时均流精度和压降与镇流电阻阻值的关系。均流精度随着镇流电阻阻值提高而提高。然而,代价是压降变大。为实现大约10%的均流精度和最小压降,选择RB = 5 mΩ。

  基于图4中的计算,5 A负载时最差情况下的均流精度为11.6%。最大负载电流为2.789 A,小于额定电流3 A。图5显示了采用无源均流方法时两个通道之间的负载调整率。

  与无源均流方法相比,有源均流方法使用有源均流环路来实现主从LDO稳压器之间的电流平衡。图6显示了两个ADP1763器件的有源均流示例。它包括两个ADP1763器件(第一个ADP1763用作主LDO)、一个输出放大器、ADA4051-1,和两个10 mΩ均流电阻(位于各LDO稳压器的输入端)。放大器ADA4051-1检测电流差,并将其输出送至第二个ADP1763器件的VADJ引脚的反馈节点以调节其输出电压,使电流平衡。

  为比较两种均流方法,设计了两个ADP1763器件的均流评估板来验证性能,如图7和图8所示。

  图9和图10显示了两种评估板的均流精度。测试根据结果得出,在很宽的负载范围内,有源均流精度小于1%。满负载时,无源均流精度约为5%,这对多数应用而言是可接受的。有源均流方法的均流效果优于无源均流方法,尤其是在小负载条件下,原因是无源均流方法的失调误差是固定的。

  采用无源并联时,各ADP1763器件的输出端有镇流电阻,因此输出电压随负载电流提高而下降。从图11所示测试结果可知,无源并联的负载调整率约为1.3%,而图12显示,有源并联的负载调整率约为0.5%,远低于无源并联。

  图13和图14显示了满负载条件下无源和有源并联的软启动波形。如图13和图14中的波形所示,无论无源并联还是有源并联,输出电压都是单调上升。

  图15和图16分别显示了5 A负载时无源并联和有源并联的噪声频谱密度。测试根据结果得出,有源并联和无源并联的噪声频谱密度性能相似。

  图17和图18所示为评估板热测试结果。如图17和图18所示,ADP1763器件实现了热平衡。

  本应用笔记介绍了高输出电流LDO应用中的两种LDO稳压器并联方法,即无源均流和有源均流。文中说明了设计考虑和测试结果,包括均流精度、负载调整率、软启动、噪声频谱密度和热性能。

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