基准电压源也会带来麻烦

2015年11月17日 13:23
  简介:为什么基准电压源远不如数据手册上保证的精度? 很多情况下是因为使用不当。 如果基准电压源使用不当,就会带来麻烦。 有三种常见的使用不当可能会导致这样的问题: 裕量不足、负载不正确和反向输出电流。 前两项一般在数据手册中提及,易于避免;第三项很少提及,可能会导致难以诊断的问题。
  大部分基准电压源具有输入、输出和接地端子——输出端子在较宽的输入电压和负载电流范围内保持地以上的精确电压。 但是,如果输入和输出电压之差过小,则输出电压精度下降。 虽然一些器件确实能在略低的电压下工作(但性能不佳),但这样做不安全。 在全精度范围内工作很重要,可以得到指定精度。
  大部分基准电压源具有限流输出,因此不会受到短路的损害。 如果用来提供过多电流,则输出电压将下降——效应从远低于该点处就会出现,使器件进入全限流模式。 查看数据手册中的最大负载电流和输出电流,了解精度从何处开始下降(通常在曲线图上表示)。
  错误加载基准电压源的另一肇因是使用不正确的容性负载——很多(甚至是大部分)基准电压源可在任意容性负载下稳定化,尤其是一些低压差(LDO1)类型可能随负载电容过多或过少而振荡,甚至同时发生两种情况! 如果发生这种情况,则输出电压将无法正确调节。 通过RTFDS2或实验确保应用中基准电压源遇到的电容范围不会导致这种振荡——记住,在复杂系统中,多个子系统可能共享一个基准电压源,但您并不负责所有子系统的设计。
  几周之前,我自己就遇到了第三种问题。 当时我正在设计两个非常简单的低功耗电池管理系统,定义电压检测部分的电阻方程也很简单,但构建时,只要接近正确电压,两个系统都无法工作。
  我花了几天才发现,这些器件中的基准电压源驱动的是运算放大器的同相输入端,而正反馈配置为比较器3,具有定义的迟滞。 当运算放大器输出高电平时,反馈电阻驱动大约6 μA电流返回基准电压源输出。
  我使用的是ADR291和ADR292基准电压源,并且这些器件数据手册中的“简化原理图”显示输出由类似运算放大器的结构驱动。 运算放大器可以在输出端进行源电流和吸电流操作,而我下意识认为这些基准电压源也一样。 事实并非如此! 5 μA左右的反向电流足以提高输出电压。
  数据手册完全没有提醒这个问题。 负载调整率在0 mA至5 mA输出电流范围内定义,这意味着较大的反向电流(几十或几百μA!)可能造成问题,但这并不表示极小的反向电流无法安全流过电阻链R1、R2和R3(如简化原理图所示)。
  一旦清楚这个问题,要避免就很简单了。 很多基准电压源具有吸电流和源电流能力,如果数据手册针对±X mA输出电流定义输出电压,就能确定情况确实如此。 或者,如果知道电流会流入基准电压源的输出端,就可以通过一个足够小的电阻将输出端接地,以吸收一切电流。 这样可以确保基准电压源输出中的电流始终流出器件,问题就此解决。
  参考文献
  1 低压差基准电压源(或线性调节器)使用输出级,允许输入电压非常接近(几百mV甚至更接近)调节输出电压,而不会损失输出电压精度。
  2 RTFDS = 阅读浅显易懂的数据手册。
  3 将运算放大器用作比较器时应谨慎,因为可能会出现非常见问题解答11中的问题,且这个问题有扩大趋势。 我在这两个设计中使用的运算放大器经过仔细选择,以避免这类问题。