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高性能双端电流源的解决方案

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2011-06-06 14:42:45

高性能双端电流源的解决方案电流源设计是一个比稳压器设计更难的挑战。两端电流源会带来了一系列的新问题，尤其是当温度变化时依然希望

高精度和稳定性时。电流源必须在一个宽电压范围内工作，并能在与未知电抗串接时呈现高DC阻抗和AC阻抗，另外还需具有

的调节性能和温度系数。就最佳的两端解决方案而言，不应该使用电源旁路电容，

它会降低AC阻抗。

使用耗尽型FET的传统解决^{8t t t 8. c o m}方案在电流和温度系数方面_{www.sSbbww.com}具有较宽的可变性。图1所示_ssBbww是一个具有两个晶体管、两个齐纳二极管的两端电流源。它提供的两端电流尚可，但却只有百分之几的精度。该电路工作于开环，因此www.8 t tt8. com不能提供闭环反馈电路那样的精度。8 Tt t 8. com齐纳二极管的温度系数与晶体管不能很好地匹配，8ttt8基于齐纳二极管和晶体管的基射极电压VBE的变化，该电路会出现wWw.漂移和误差。此外，该电路两端需要sSbBwW.cOm最低约 3V的电压以正常工作。而诸如LT1004等齐纳二极管(实际8ttt8上是一个IC)降低了最低工作电压。

图1:两端电流源。

LT3092克服了传统两端电流源的一系列问题，为设计人员增加www.8 t tt8. com了一个多功能的选择。通过使用一个单元或并联单元，电流源SSBBww提供1mA低至更大的电流值。就电压、负载和温度进行的调节而言是相当不错的，即使在器件内部有

反馈电路时独特的设计方法也允许器件无需旁路电容器而进行工作。

LT3092具有较好8 t tt 8.c o m的初始精度和非常低的温度系数。输出电流www.ssbbww.com设置在0.5mA至200mA范围内。电流调节典型值为10ppm/V。LT3092在低至1.5V或高达40V时工作，它在1mA时提供100MW阻抗，在100mA时则为1MW。与8ttt8大部分的模拟IC不同，专用设计技术已被用来实现无电源旁路电容的稳定工作，从而允许它提供高AC阻抗和高DC阻抗。

图 2:LT3092两端电流源。

图2显示了LT3092稳流器的基本原理框图，其架构非常类似于LT3080稳压器，dddTt它使用一个PNP晶体管dddtt输出电路。内部电路是微分且带缓冲的，具有一个调节器来隔离以使其免受电源变化的影响。这种隔离允许稳定工作而无需旁路电容器。此外，就可使电源反向的环境而言，LT3092www.ssbbww.com避免反向电源电压引起的损坏，而且不传导电流，从而保护了负载。

内部电流源和放大器偏移是dd dtt. com实现100dB或更好的电源变化抑制效果，因此www.8 t tt8. com其调节性能非常好。把RSET降至0W也将使输出调低至0V。

一个小的电压加在一个20kW的外部设置电阻上，以产生一个200mV的基准。这使决定电流的电阻R两端的电压为200mV ，8ttt8总电流就等于0.2V除以R(10mA)。该稳流器在两端电压大约为1.5V至36V时工作，而且稳流性能和温度稳定性都极好。dddtt一个两端电流源，其负载www.ssbbww.com在电路的正向支路中，也www.ssbbww.com在对地支路中。

200mV的基准电压，将会对www.ddd tt. com内部电流源变化和放大器偏移随电源电压变化而产生的误差进行补偿。随着电源变化，内部电流源的变化大约为50pA/V。内部运算放大器偏移的变化则少于5mV/V。假定电流源和放大器偏移都为最坏8 tt t 8. com，使用一个200mV基准使放大器和内部电流源对产生的误差dddTt.com。8 tt t8.com通过使用一个50kW的电阻，将 200mV提高到500mV，8ttt8内部运算放大器的偏移将减小。这改善了电流源www.hnygpx.com于电源变化的稳定性。不过，回路的调节相当不错，SsbbwW.com8 tt t 8. com下设置电阻的两端电压在100mV至200mV范围都是很合适的。

设置电阻还允许减轻微调总电流的负担。8 tt t8.comwww.hnygpx.com电路用在100mA的大电流8 tt t 8. com，www.ddd tt. com电阻R的值很小，微调电流会很难。不过20k电阻总是非常

调节，以设置电流值到想要的水平。图3显示了启动时间，而图4显示在1mA输出电流值时电流源随温度的变化。

图3:达到1mA的启动时间不到20ms。

图4:基准电流随温度的变化。

提升电压一致性

就更高电压而言，电流源www.ssbbww.com叠加，以能在更高的总电压时工作。图5显示了叠加电流源。

图 5:电流源叠加以实现更高工作电压。

针对dddTt.com的电流设立了两个电流源，并在每个电流源的两端布设一个限压齐纳二极管。在低电压条件下，递增更快的电流源将发生饱和，电流www.ssbbww.Com将交由另一个电流源来控制。当电压8ttt8增加www.8 t tt8. com，齐纳二极管会被启动并开始传导电流。接着，饱和电流源两端的电压开始增加www.8 t tt8. com。而且，它将在电压继续增加www.8 t tt8. com的过程中调节电流。当电流控制从一个电流源移至另一个电流源时，在输出电流上的不连续性相当于两个电流源间的误差。这通常小于1%，而且同样无需旁路电容来使器件正常工作。

就较大设置电流和高电压而言，LT3092的功耗相当大。例如，30V和100mA相当于3W功耗，视乎PC板的热阻的不同，这可能www.ssBBww.cOm引起温度极大地上升。一个外部电阻www.ssbbww.com转移部分功率到其身上，并降低LT3092中的功耗。图6显示从该器件的输入至输出有一个电阻RX的基本电流源。只要总电流高于通过RX的电流，就不会影响稳定www .ddd Tt. com，而且该电流源的阻抗就不会变化。通过RX的电流在反馈回路内，而且随电压从输入到输出的变化而得到补偿。该电流流经内部PNP晶体管或外部电阻，而反馈回路保持总电流恒定。

图 6:具功率转移电阻的 100mA 两端电流源。

dd dtt. com实现ssbbww.Com调节并具有合理的裕度，就该器件在最大电压时而言，经过ssbbwwRX的电流不应该大于所需电流的90%。图中的公式显示如何选择RX，以便流经RX的电流始终至少为流经LT3092电流的10%。通过将

功率转移到外部电阻上，降低了最大内部功率。这极大地降低了器件中的功耗，并减小了温度上升幅度。该外部电阻的引入，对电路性能的影响微乎其微。

8 tt t8.com需要sSbBwW.cOm更大的输出电流，电流源www.ssbbww.com直接并联。www.ssbbww.com使用两个LT3092(有或没有功率转移电阻)，并将其直接并联，以得到两倍的输出电流。图7显示一个以两端工作的300mA电流源。

图7:具功率转移电阻的并联电流源。

图8显示了另一种并联器件的方法。www.ddd tt. com它需要sSbBwW.cOm的外部元件更少，因此www.8 t tt8. com可能www.ssBBww.cOm是一种并联多个器件以获取大电流的更佳方法。在这种8 tt t 8. com下，设置引脚连在一起，这使得稳流器的输出引脚相互之间

相差在几毫伏之内。

，稳流器输出为流经40mW稳流电阻之和，从而实现电流共享。这些电阻器通常编排在贴装器件的一小块PCB上。接着，

就通过使用一个100kW的设置电阻，将电压降从200mV提高到1V。这样是

最大限度地降低温度系数对印刷电路走线稳流电阻的影响。

图8:并联电流源以扩散热量并实现更大的输出电流。

这些由铜线组成的稳流电阻的两端压差大约为8mV。铜线的温度系数为每度0.3%，而这将影响整个电流源的温度系数。将基准电压从200mV提高到1V将使稳流电阻上的电压所占比例更小，而且就100℃的温度变化而言，这种影响将从大约1% 降低到0.2%。

将输出电流提高到400mA以上

仅需一个额外的并联器件和一个稳流电阻，因此就大电流而言，这最大限度减少了器件数量。在高压时，

通过RX分流IC周围的部分电流以降低器件功耗。

电流源www.ssbbww.com驱动任何

类型的负载。既然该器件实际上是一个

的集成电路，

负载阻抗可能对内部电路产生影响，并引起

不稳定性。

使该器件驱动各种负载时都是稳定而做出了很大努力，

不稳定性可能依然存在。

使该器件稳定其实很

。

一个电阻与稳流器串联，

在器件的Vin和Vout两端跨接电容器(基本上是一个旁路电容器)或串联RC。这给该器件一个已知的阻抗，使它在遇到未知阻抗时

稳定。与旧式调节元件不同，该电容器

非常小。

存在尖峰电压、噪声或射频的恶劣线路环境，将为噪声和尖峰提供一个旁路，从而保护稳流器的内部电路。就稳定性而言，www.ssbbww.com使用低至1,000pF的电容。不过也www.ssbbww.com使用0.01mF至1mF的电容。值得注意的是，有些陶瓷电容器具有非常高的电压系数，SSBBww随着电压变化而从5改变至1。

电容在低频时不影响电流源的阻抗，8 Tt t 8. com像外部电阻 RX一样，它也处于反馈回路内部。就器件两端的AC变化而言，电流流经电容或LT3092的内部晶体管，因此www.8 t tt8. com阻抗不变。而在高频时，www.ddd tt. comLT3092在带宽之外运行，阻抗www.hnygpx.com于LT3092而言是呈容性的。

就工作时存在极大电压变化的负载而言，通过电容器的电流必须_{ssbbww. c om}低于编程电流。否则当高于编程电流的电流经过ssbbww电容时，回路就会损坏。器件www.ssbbww.com容许的电压变化率率如图9所示_ssBbww，而且依然是约90%的电流流经电容，而不会影响LT3092电流源的阻抗。例如，在器件两端设置1mA负载和1mF电容的8 tt t 8. com下，该电路将容许1000V/s的电压变化率。电容、电压变化率以及电流的8ttt8影响www.ssbbww.com非常

地计算出。

图9:电压变化电路。

LT3092也可充当一个无需输出电容器的稳压器。“本质安全”应用www.ssbbww.com用低电流与小电容(或不用电容器)来设计。图10显示了一个200mA的稳压器。而dddtt一个稳压器，在LT3092内部产生的10mA电流将流过一个外部RSET电阻器。SET引脚上施加的电压为该10mA电流与RSET阻值的乘积。内部电压跟随器在输出引脚提供与设置引脚dddTt.com的电压。负载从输出引脚连接到地。

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