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模拟集成电路入门30问之21

热度 13已有 1785 次阅读2021-4-9 10:46 |系统分类:芯片设计| 恒压源

21. 如何理解模拟集成电路模块系列之五:恒压源?

大家好!今天我想聊聊恒压源这个功能模块。顾名思义,恒压源是一种能够提供固定电压的电源电路,它其实有点像我们使用的电池,只不过它的电压不是1.5V。由于它的作用类似电池,所以可以看到它的最大优势是可以屏蔽掉电源的噪声,使得其供电的功能模块工作更加稳定。理想的恒压源的特点是输出电压不随负载(输出电流)的变化而变化;不随输入电压的变化而变化;不随环境温度的变化而变化;内阻越小越好。

为了能更好的对恒压源模块进行讲解,我从电路结构和性能参数两个方面对其进行分析;从电路结构方面看,恒压源分为偏置电路、参考电路、运算放大器、驱动管、反馈回路五个部分;其中偏置电路是为运算放大器、反馈回路提供工作点,它主要决定恒压源工作直流点,参考电路是给运算放大器的输入参考电压,一般这个电压采用带隙电路的输出,1.2V左右;运算放大器是完成电压锁定的核心电路,它的性能决定了恒压源的大部分性能;驱动管一般采用的是PMOS管,因为这样就没有衬底偏置效应,但是它的缺点是驱动能力没有NMOS管强(为什么,大家可以课下自己思考一下原因);反馈回路是和运算放大器、驱动管一起形成电压负反馈电路,在负载发生变化时锁定输出电压,对于这个电路,大家需要从极点和零点来对整个反馈系统进行分析,找到极点和零点在电路中对应的节点位置,则基本可以将其传输函数分析清楚。

恒压源的性能参数也和其他功能模块一样,有四个类型:输入特性、输出特性、交流特性、极限特性;第一类型,输入特性是工作电压、工作电流,工作电压一般表现出恒压源电路对工作环境的适应程度,如果工作电压范围广,则适应性强;如果工作电压范围窄,则工作条件比较苛刻;工作电流决定了恒压源电路在各种不同工作电压下的功耗,一般来说,工作电压升高时,工作电流也会上升,所以功耗也会提高,这时恒压源电路在不同工作电流下输出特性也不能有较大的裂化。

第二个类型,输出特性是温漂系数、输出电流、负载调整率、线性调整率、纹波;温漂系数是电压源电路的输出电压的温度性能参数,它表现的是随着温度的变化,输出电压的变化和输出电压的比例,一般来说,温漂系数以PPM/℃为单位,我们希望温漂系数越小越好,这样在测试时就会发现电压源的输出电压基本不变。输出电流是恒压源的重要技术指标,它表现的是恒压源的驱动能力,一般来说,输出电流越大,其带负载的能力越强,同时也可以从另一个角度来看,输出电流越大,等效输出电阻越小,从而能够带动更低的负载。负载调整率和线性调整率是工程师表征恒压源的两个工程技术指标,其中负载调整率表现的是输出负载的瞬时变化引起的输出电压的瞬时变化,一般来说希望这个值越小越好,一般的值在3%-5%之间,如果能够设计到3%一下就是高精度恒压源率;而线性调整率主要表现的是输入工作电压的瞬时变化引起的输出电压的瞬时变化,一般来说,这个值在1%左右;纹波主要表现的是在瞬时情况下,输出电压在直流电平不变的情况下的抖动电压幅度,这个参数一般可以采用示波器进行直观测量。

第三个类型,交流特性是电源抑制比、开环增益和相位裕度。电源抑制比是反应的是在工作电源电压交流变化时,输出电压的交流变化,一般来说这个参数以dB为单位,越大越好。开环增益和相位裕度指的是恒压源电路的后三部分电路组成的电压负反馈电路的系统指标,反馈环路的开环增益和相位裕度,一般来说,开环增益为50dB以上,相位裕度大于60º即可。

最后一个类型,极限特性是:最大工作电压、工作温度范围。这个最大工作电压和输入电压范围的区别在于,在最大工作电压下可能恒压源电路工作不正常了,但在输入电压范围的最大值时,恒压源电路必须是正常工作的。工作温度范围是指PN结温下的范围,它和恒压源的温度范围有些许区别,一般来说,极限特性下工作温度范围会比恒压源的温度范围宽。

好,总结一下,这一讲我从五个电路部分,偏置电路、参考电路、运算放大器、驱动管、反馈回路和十一个性能参数,工作电压、工作电流、温漂系数、输出电流、负载调整率、线性调整率、纹波、电源抑制比、开环增益和相位裕度、最大工作电压、工作温度范围,对恒压源电路进行了分析,希望对大家有所帮助!

发表评论 评论 (2 个评论)

回复 FAR0001 2021-5-6 11:40
一图胜千言
回复 数字后端的小白 2021-5-14 15:10
感谢作者的分析,学到了很多知识。

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