使用標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓器產(chǎn)生極低電壓

問題：

產(chǎn)生幾百毫伏的微小直流電源電壓的好解決方案是什么？

答：

所需要的只是一個干凈的附加正電壓，以連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋電阻。

在過去幾年中，電子元件的電源電壓一直在穩(wěn)步下降。其原因是微控制器、CPU、DSP 等數(shù)字電路中幾何結(jié)構(gòu)的尺寸減小。測量領(lǐng)域也有需要低電源電壓的應(yīng)用。

多年來，線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的反饋電壓約為1.2 V。該電壓由DC-DC轉(zhuǎn)換器IC中的帶隙電路產(chǎn)生，該電路決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)電壓源的設(shè)計方式是可以降低電壓。圖1顯示了這樣的開關(guān)穩(wěn)壓器LTC3822，它通過0.6 V基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生0.6 V反饋電壓。

圖1.LTC3822 DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生0.6 V或更高的低輸出電壓。

但是，如果需要小于0.6 V的電源電壓，則無需進(jìn)一步調(diào)整，將無法使用圖1中的電路。

通過一個技巧，您可以使開關(guān)或線性穩(wěn)壓器也產(chǎn)生低于反饋電壓的電壓。這可以通過使用如圖2所示的電路來實現(xiàn)。它需要一個額外的正電源電壓，電阻分壓器連接到該電壓以調(diào)整輸出電壓。該電壓可以來自低壓差（LDO）穩(wěn)壓器或基準(zhǔn)電壓源。因此，電阻分壓器形成一個分壓器，其中電流流過IFB流動方向與圖 1 中的正常情況相反。在圖2中，電流從外部基準(zhǔn)電壓流經(jīng)電阻分壓器流向輸出電壓。

公式1顯示了IC反饋電壓（VFB）、所需的輸出電壓 （V外）、附加的正直流偏置電壓（V抵消），以及電阻分壓器R1和R2的電阻。

電阻分壓器的推薦值是R1加R2的總值在100 kΩ和500 kΩ之間。這使得偏置電流在功率效率方面足夠低，但又足夠高，以防止過度的噪聲耦合到敏感的反饋路徑中。

圖2.圖1所示電路經(jīng)過修改，產(chǎn)生小于0.6 V的輸出電壓。

此概念通常適用于產(chǎn)生低于開關(guān)穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器指定最小電壓的電壓。但是，應(yīng)考慮一些事項。附加基準(zhǔn)電壓源應(yīng)在DC-DC轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通之前啟動并運行。如果該輔助電壓為0 V或具有高阻抗，DC-DC轉(zhuǎn)換器可能會產(chǎn)生過高的電壓并損壞負(fù)載電路。

在最壞情況下，開關(guān)穩(wěn)壓器尚未導(dǎo)通，但輔助電壓已經(jīng)施加，電流IFB通過電阻分壓器將輸出電容充電至高于設(shè)定電壓的電壓。當(dāng)負(fù)載具有非常高的阻抗時，可能會發(fā)生這種情況?？赡苄枰惭b最小負(fù)載以避免這種情況。

電阻分壓器上的輔助電壓精度（圖1中的2 V）直接影響產(chǎn)生的電源電壓的精度。因此，應(yīng)使用特別干凈的低紋波電壓。

此外，并非每個電壓轉(zhuǎn)換器都適合這種類型的操作。例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器中電流檢測放大器的測量范圍可能僅提供較高電壓下的工作范圍。還應(yīng)該注意的是，在相當(dāng)高的輸入電壓下產(chǎn)生非常低的電壓需要低占空比。在這里，選擇最小導(dǎo)通時間較短的開關(guān)穩(wěn)壓器IC并在低開關(guān)頻率下工作可能會有所幫助。

圖3.ADI公司的LTspice等仿真工具可用于電路的初始測試。

對于輸出電壓低于IC制造商預(yù)期的線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器，使用ADI公司的LTspice等仿真工具進(jìn)行初始檢查非常有用。圖 3 示出了 LTC3822 電路，該電路帶有一個額外的電壓源作為反饋路徑的偏置。在該電路中，產(chǎn)生200 mV的輸出電壓。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，LTC3822適合產(chǎn)生0.6 V的最小輸出電壓。在電路中，輔助電壓（圖2中的電壓源V3）可以通過LDO穩(wěn)壓器或基準(zhǔn)電壓源來實現(xiàn)。通過這里描述的技巧和對電路的全面測試，可以產(chǎn)生更低的輸出電壓。

審核編輯：郭婷