获得更高输出电流的三种方法
作者：kevin scott, amit patel, and dawson huang
lt®0342 是一款 200ma、1.8v 至 20v 输入、线性稳压器，其目标是低噪声 rf 和无线电路。它具有业界领先的 0.8μv 电压有效值输出噪声（10hz至100khz）和令人印象深刻的79db psrr（1mhz）。一些客户要求将电流提高到200ma以上，同时仍保持低噪声和高psrr。本文探讨了获得更高输出电流的三种方法，并提供了实用的输入，以帮助您确定哪种方法最适合您的电路条件。这三种方式是：
使用外部 pnp 转换器
使用外部 npn 晶体管
并联使用多个 lt3042
选择的pnp和npn功率晶体管分别是安森美半导体d45vh10和d44vh10。
线性稳压器和psrr
有几个因素决定了线性稳压器的psrr。其中包括内部控制环路的开环增益、误差放大器的带宽、单位增益频率、输出电流、输出电容的有效串联电阻（esr）和温度效应。由于 lt3042 已经包括一个内部调整管并具有一个预先确定的调节环路，因此其中几个参数已经固定。我们能做的是调整pnp和npn电路以优化电路的性能。
lt®3042 线性稳压器
首先观察 lt3042 的噪声频谱密度与频率的关系。注意如何增加 c设置电容（基准电压两端的电容）改善了较低频率的噪声密度，增加了输出电容（c外）提高了300khz至2mhz频率范围内的噪声密度。
lt3042 在接近其压差电压时保持了卓越的 psrr。下图显示了psrr与输入/输出差分电压的函数关系。在满 200ma 负载下，典型压差为 350mv。高于 1v 输入/输出差分，对于 100khz 至 2mhz 的频率范围，psrr 大于 70db。
外部 pnp 晶体管电路
对于pnp电路，我们可以调谐发射极和基极之间的阻抗网络，并调整输出电容。d45vh10g 晶体管基极和发射极之间的 10ω 电阻器限制了从基极到 lt3042 in 引脚的电流。该电阻值越高，瞬态响应越快，获得的psrr越高。但是，该电阻越高，系统就越不稳定。因此，我们增加了一个22uf电容，并串联一个0.2ω电阻以确保稳定性。这些值是通过经验获得的。电容值越高，获得的psrr越高。使用具有低有效串联电阻（esr）和低有效串联电感（esl）的输出电容器也能获得最佳性能。选择10uf电容器。
lt3042 具有外部 pnp 以增加 i外
测试结果如下所示。第一张图是该电路的噪声频谱密度图与 1a 时的频率的关系图，与 lt3042 在 0.2a 时的噪声频谱密度图的比较。请注意，外部pnp电路在大约1mhz时提供类似的性能。在1mhz时，两个图表发散，pnp电路显示噪声密度急剧下降，然后在较高频率下明显增加。
下图左侧显示了采用2v输入/输出差分的外部pnp解决方案时psrr与频率的变化。请注意，psrr 仍然非常好 （70db psrr 意味着任何开关噪声都会衰减约 3000），但 psrr 性能下降 10db （与没有 pnp 的 lt3042 相比）意味着不带 pnp 的 lt3042 要好 3 倍。注意psrr如何随着负载电流的减小而改善。右图显示了psrr如何随着输入/输出电压差的增加而变化。按最高psrr的顺序列出结果，得到100khz，2mhz，500khz，然后是1mhz。
psrr， v在-v外= 2v
psrr， i外= 1.5a
外部 npn 晶体管电路
现在，让我们将分析转移到使用npn晶体管来增加输出电流，如下面的电路所示。在正常工作（无外部晶体管）下，out引脚直接连接到outs（输出电压检测引脚）。但是，为了提高电路稳定性，out和outs引脚之间的阻抗网络需要调整。10kω电阻限制从基极流向outs的电流。10uf电容稳定系统。
lt3042 具有外部 npn 以增加 i外
下图显示了 200ma lt3042 电路与 1a lt3042 加 npn 解决方案之间的噪声密度差异。npn解决方案在大约100khz之前具有略高的噪声密度，但随后其噪声密度显着下降。在3mhz附近，图形图交叉。
下图和左图显示了使用与pnp电路相同的条件时npn电路的psrr与频率的变化。比较这些结果揭示了类似的负载电流趋势，即;psrr随着负载电流的增加而增加。在两个电路的输出电流相似（例如1a）的情况下，npn电路从低得多的psrr值（60db）开始，并随着频率的增加相当一致地上升到近80db;pnp电路数据呈弯曲形状——它从高psrr（80db）开始，下降到约60db，然后在较高频率下再次上升到大约70db。
psrr， v在-v外= 2v
psrr， i外= 1.0a
现在观察 psrr 与 v在-to-v外右侧的差分图。即使输出电流略低于上述类似的pnp电路（1a与1.5a），也可以进行一些一般性观察。首先，psrr随着mosfet接近压差而降低。此外，随着v电压的提高，psrr至少提高了20db。在-to-v外差分大于3.5v。对于npn电路，频率的排名，从高到低，最佳psrr列在第一位：2mhz，1mhz，100khz和500khz。请注意，这与pnp电路有何不同，pnp电路的频率排序顺序为100khz，2mhz，500khz，然后是1mhz。
接下来观察pnp和npn电路的瞬态响应。在1a负载阶跃下，npn电路的建立时间要长得多，但峰值电压确实低了约25%。强调上述差异的目的不是详细解释原因，而是展示不同的元件和电路条件如何影响电路的运行。如果没有适当的理解和评估，这些差异可能会导致性能、稳定性和可靠性问题。
npn 瞬态响应
pnp 瞬态响应
并联 lt3042 的
增加输出电流的另一种方法是并联多个 lt3042 的输出。lt3042 具有一个精准的电流源基准片内，这使得并联输出和均流变得非常简单。每个输出端都需要一个小的镇流电阻器，以防止输出相互对抗。下图示出了四个 lt3042，其输出并联以获得一个 0.8a 解决方案。
并联器件的一个关键优势是降低了输出噪声频谱密度。为了更好地理解为什么会发生这种情况，请参阅博客“并联放大器提高snr性能”虽然本博客讨论了放大器噪声，但相同的概念也可以应用于线性稳压器输出噪声。下图显示了 lt3042、lt3042 加外部 pnp 晶体管、lt3042 加外部 npn 晶体管和并联 lt3042 电路的结果。正如预期的那样，并行解决方案具有最佳性能。
并联器件的另一个优点是psrr不会降低;如下图所示，它保持相对恒定，与npn和pnp电路不同。npn 电路数据为浅棕色，pnp 数据为蓝色，lt3042 数据为红色，并联的 lt3042 电路数据为绿色。红线和绿线非常相似;并联电路在整个频率范围内保持高psrr。
最后，正如人们所期望的那样，并联的lt3042电路具有最佳的瞬态响应。npn和pnp电路的附加电路使控制环路复杂化，并减慢了瞬态响应。利用四个并联的 lt3042 （800ma） 时，瞬态响应具有较小的过冲和下冲，建立速度比 1a pnp 电路快约 20 倍，比 1a npn 解决方案快 100 倍。
总之，有几种方法可以增加超低噪声、超高psrr lt3042的输出电流。从上述数据可以看出，并行解决方案可产生最佳的psrr、最佳的噪声频谱密度和最佳的瞬态响应。如果其中任何一个是关键设计规范，则建议使用此解决方案。该解决方案还提供电流限制和热关断保护。然而，权衡是解决方案成本。
pnp 解决方案更具成本效益，并且在需要大于 1a 的输出电流时具有更好的 psrr。它具有1.5v （近似）压差，不提供热关断保护。
npn解决方案还具有成本效益，当输出电流小于1a时具有更好的psrr。它还具有1.5v （近似）压差，不提供热关断保护。
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使用外部 pnp 转换器
使用外部 npn 晶体管
并联使用多个 lt3042
选择的pnp和npn功率晶体管分别是安森美半导体d45vh10和d44vh10。
线性稳压器和psrr
有几个因素决定了线性稳压器的psrr。其中包括内部控制环路的开环增益、误差放大器的带宽、单位增益频率、输出电流、输出电容的有效串联电阻（esr）和温度效应。由于 lt3042 已经包括一个内部调整管并具有一个预先确定的调节环路，因此其中几个参数已经固定。我们能做的是调整pnp和npn电路以优化电路的性能。
lt®3042 线性稳压器
首先观察 lt3042 的噪声频谱密度与频率的关系。注意如何增加 c设置电容（基准电压两端的电容）改善了较低频率的噪声密度，增加了输出电容（c外）提高了300khz至2mhz频率范围内的噪声密度。
lt3042 在接近其压差电压时保持了卓越的 psrr。下图显示了psrr与输入/输出差分电压的函数关系。在满 200ma 负载下，典型压差为 350mv。高于 1v 输入/输出差分，对于 100khz 至 2mhz 的频率范围，psrr 大于 70db。
外部 pnp 晶体管电路
对于pnp电路，我们可以调谐发射极和基极之间的阻抗网络，并调整输出电容。d45vh10g 晶体管基极和发射极之间的 10ω 电阻器限制了从基极到 lt3042 in 引脚的电流。该电阻值越高，瞬态响应越快，获得的psrr越高。但是，该电阻越高，系统就越不稳定。因此，我们增加了一个22uf电容，并串联一个0.2ω电阻以确保稳定性。这些值是通过经验获得的。电容值越高，获得的psrr越高。使用具有低有效串联电阻（esr）和低有效串联电感（esl）的输出电容器也能获得最佳性能。选择10uf电容器。
lt3042 具有外部 pnp 以增加 i外
测试结果如下所示。第一张图是该电路的噪声频谱密度图与 1a 时的频率的关系图，与 lt3042 在 0.2a 时的噪声频谱密度图的比较。请注意，外部pnp电路在大约1mhz时提供类似的性能。在1mhz时，两个图表发散，pnp电路显示噪声密度急剧下降，然后在较高频率下明显增加。
下图左侧显示了采用2v输入/输出差分的外部pnp解决方案时psrr与频率的变化。请注意，psrr 仍然非常好 （70db psrr 意味着任何开关噪声都会衰减约 3000），但 psrr 性能下降 10db （与没有 pnp 的 lt3042 相比）意味着不带 pnp 的 lt3042 要好 3 倍。注意psrr如何随着负载电流的减小而改善。右图显示了psrr如何随着输入/输出电压差的增加而变化。按最高psrr的顺序列出结果，得到100khz，2mhz，500khz，然后是1mhz。
psrr， v在-v外= 2v
psrr， i外= 1.5a
外部 npn 晶体管电路
现在，让我们将分析转移到使用npn晶体管来增加输出电流，如下面的电路所示。在正常工作（无外部晶体管）下，out引脚直接连接到outs（输出电压检测引脚）。但是，为了提高电路稳定性，out和outs引脚之间的阻抗网络需要调整。10kω电阻限制从基极流向outs的电流。10uf电容稳定系统。
lt3042 具有外部 npn 以增加 i外
下图显示了 200ma lt3042 电路与 1a lt3042 加 npn 解决方案之间的噪声密度差异。npn解决方案在大约100khz之前具有略高的噪声密度，但随后其噪声密度显着下降。在3mhz附近，图形图交叉。
下图和左图显示了使用与pnp电路相同的条件时npn电路的psrr与频率的变化。比较这些结果揭示了类似的负载电流趋势，即;psrr随着负载电流的增加而增加。在两个电路的输出电流相似（例如1a）的情况下，npn电路从低得多的psrr值（60db）开始，并随着频率的增加相当一致地上升到近80db;pnp电路数据呈弯曲形状——它从高psrr（80db）开始，下降到约60db，然后在较高频率下再次上升到大约70db。
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接下来观察pnp和npn电路的瞬态响应。在1a负载阶跃下，npn电路的建立时间要长得多，但峰值电压确实低了约25%。强调上述差异的目的不是详细解释原因，而是展示不同的元件和电路条件如何影响电路的运行。如果没有适当的理解和评估，这些差异可能会导致性能、稳定性和可靠性问题。
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pnp 瞬态响应
并联 lt3042 的
增加输出电流的另一种方法是并联多个 lt3042 的输出。lt3042 具有一个精准的电流源基准片内，这使得并联输出和均流变得非常简单。每个输出端都需要一个小的镇流电阻器，以防止输出相互对抗。下图示出了四个 lt3042，其输出并联以获得一个 0.8a 解决方案。
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并联器件的另一个优点是psrr不会降低;如下图所示，它保持相对恒定，与npn和pnp电路不同。npn 电路数据为浅棕色，pnp 数据为蓝色，lt3042 数据为红色，并联的 lt3042 电路数据为绿色。红线和绿线非常相似;并联电路在整个频率范围内保持高psrr。
最后，正如人们所期望的那样，并联的lt3042电路具有最佳的瞬态响应。npn和pnp电路的附加电路使控制环路复杂化，并减慢了瞬态响应。利用四个并联的 lt3042 （800ma） 时，瞬态响应具有较小的过冲和下冲，建立速度比 1a pnp 电路快约 20 倍，比 1a npn 解决方案快 100 倍。
总之，有几种方法可以增加超低噪声、超高psrr lt3042的输出电流。从上述数据可以看出，并行解决方案可产生最佳的psrr、最佳的噪声频谱密度和最佳的瞬态响应。如果其中任何一个是关键设计规范，则建议使用此解决方案。该解决方案还提供电流限制和热关断保护。然而，权衡是解决方案成本。
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npn解决方案还具有成本效益，当输出电流小于1a时具有更好的psrr。它还具有1.5v （近似）压差，不提供热关断保护。
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