要怎么樣創建可編程輸出反相降壓？

2021-04-24 ryder

在很多使用中，尤其是探測和測量范疇，您都需要借助外部裝置或數字模擬轉換器設置反相降壓/升壓穩壓器的輸出電壓。在常規的降壓拓撲中，這種操作很簡單：只需要借助一個帶有串聯電阻器的電壓電源、一個電流源或者一個DAC將電流導入反饋節點，如圖1所示。

1.采用降壓拓撲的可編程電壓

但是，如果您需要改變降壓-升壓拓撲中的電阻器的電壓，就有一點麻煩了。

您可以通過反相接地和VOUT電位并使集成電路的參考位于-VOUT電位而配置降壓-升壓拓撲中的降壓穩壓器。也就是說穩壓器集成電路的接地腳位于-VOUT。由于穩壓器的FB引腳位于-VOUT電位而非接地電位上，將電流導入FB引腳便有一點棘手。為將電流導入反相降壓-升壓拓撲中的FB引腳，您需要電平移動電壓源/DAC的信號。在本文中，我將向大家解析一些不同的辦法。

以德州儀器的LMZM33606為例。LMZM33606是一個額定輸入電壓為36V的降壓電源模塊，最大負載為6A。圖2說明了要怎么樣將LMZM33606設置為反相降壓-升壓穩壓器。

2.利用LMZM33606反相降壓-升壓。

辦法1：使用一個pNp的電平位移器

在這些降壓-升壓使用中使用LMZM33606時，可以實現-15V至-5V的可編程輸出電壓范圍。通過電流源辦法，您能夠以絕對量級調低穩壓器的輸出。這樣，在設置反饋分頻器電阻器時，便可以將設計的默認輸出設為-15V。添加外部電流源時，您可以將穩壓器輸出設置為-5V。默認輸出為-15V時，計算的高反饋值和低反饋值分別為：

?RFBT=100k?。

?RFBB=7.42k?。

電平位移接地參考信號以將電流導入FB引腳的最簡單的辦法是，使用單pNp型雙極性晶體管（BJT）。圖三說明了要怎么樣將一個單pNp作為電平位移器使用。

3.使用單pNp的部署。

pNpQ1的基極接地，反射極通過電阻器連接DAC/電壓源。電壓源高于pNp基地發射下拉（VBE）時，會萌生等式1所述的電流：

Rext設定為50kΩ。FB節點可以使用基爾霍夫電流定律，您可以使用等式2計算電流IX：

在等式2中代入等式1，得出等式3，由此可以計算出調整輸出電壓VOUT所需的編程電壓VX：

將等式3變成等式4，可以得出依據VX值進行變成的VOUT：

等式4說明了VOUT對晶體管VBE的從屬關系。晶體管VBE本身取決于集電極電流，隨溫度變化時，會影響編程VOUT的精確度。

下一個辦法說明了要怎么樣從等式中移除VBE。圖4所示是一個有兩個pNp晶體管的電路，所采用的連接方式可以抵消VBE的影響。

辦法2：使用兩個pNp的電平位移器

4.使用兩個pNp抵消VBE的部署。

本辦法需要使用兩個pNp，最好是使用兩個組合包裝的pNpBJT，以確保兩個晶體管之間匹配良好。本辦法還可以減少輸出電壓編程中的錯誤。

Q1晶體管的基極連接至程控電壓源。發射極經由一個串聯電阻器RS連接至另一個正電軌，并且集電極接地。這樣便可以在晶體管的發射極形成一個VX+VBE電壓。Q2晶體管的發射極通過電阻器RX連接至Q1的發射極。RX設置導入FB節點的電流。基極接地后，Q2發射極節點萌生一個+VBE。等式5計算了流至發射極的電流（理想情況）：

之前曾解釋過，晶體管的VBE取決于集電極電流，如等式6所述：

其中IC為集電極電流，IS為飽和電流，VT為熱電壓。

如果兩個晶體管的集電極電流差異較大，則VBE不會完全彼此抵消。等式7闡述了晶體管兩個VBE之間的差異：

簡化為等式8：

其中X為兩個集電極電流的比率。

如您所見，如果兩個集電極電流相同，則VBE將完全抵消。在圖4所示的配置中，設定RS的值時，需要確保集電極電流之間的差異不是太大。在本例中，我選擇的RS為10k?，RX為50k?。VBE的增量也會隨著VT而變化，它會隨著溫度變化而發生。

辦法3：改良版威爾遜電流鏡

使用電流鏡匹配集電極電流是一個非常有效的辦法。對此，相比常規的電流鏡，威爾遜電流鏡是一個更好的選擇。圖5是威爾遜電流鏡中使用的原理圖。

5.使用威爾遜電流鏡部署

本辦法中，有另外一個BJT，基極連接至Q1的集電極。Q3的發射極連接至電流鏡的VBE結點。程控電流經Q3晶體管的集電極流至FB引腳。

今朝可暫時忽略電阻器RB，等式9按照以下方式計算導入本設置中的參考電流：

等式10得出了導入電流與參考電流的比率。