ATL431LI/ATL432LI高帶寬低Iq可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的穩(wěn)壓器至關(guān)重要。ATL431LI和ATL432LI作為高帶寬低Iq可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器，憑借其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場景，成為了眾多設(shè)計(jì)中的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這兩款穩(wěn)壓器。

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特性亮點(diǎn)

精準(zhǔn)的參考電壓

在25°C時(shí)，參考電壓容差表現(xiàn)出色，B級(jí)為±0.5%，A級(jí)為±1%。最小典型輸出電壓為2.5V，且輸出電壓可在 (V_{ref}) 至36V之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，這為不同的設(shè)計(jì)需求提供了很大的靈活性。

寬溫度范圍工作

能夠在 -40°C至 +125°C（Q溫度范圍）的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了包括汽車、商業(yè)和軍事等多種應(yīng)用場景對溫度的要求。同時(shí)，最大溫度漂移在不同溫度范圍下也有明確的指標(biāo)，I溫度范圍最大為17mV，Q溫度范圍最大為27mV。

低輸出阻抗

典型輸出阻抗僅為0.3Ω，這使得它在處理信號(hào)時(shí)能夠保持較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

強(qiáng)大的電流能力

具有一定的灌電流能力，最小灌電流 (I{min}) 最大為0.08mA，陰極電流 (I{KA}) 最大可達(dá)15mA。參考輸入電流 (I_{REF}) 最大為0.4μA，且參考輸入電流隨溫度的偏差 (I(dev)) 最大為0.3μA。

多樣的封裝形式

提供1mm x 1mm X2SON或SOT23 - 3兩種封裝，其中X2SON封裝尺寸小巧，非常適合對空間要求較高的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

可調(diào)電壓和電流參考

可用于需要精確電壓和電流參考的電路中，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號(hào)。

反激式開關(guān)電源的次級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)

在反激式開關(guān)電源中，能夠?qū)Υ渭?jí)側(cè)的電壓進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，提高電源的穩(wěn)定性和效率。

齊納二極管替代

憑借其出色的性能，可在很多應(yīng)用中替代齊納二極管，提供更穩(wěn)定的電壓調(diào)節(jié)。

電壓監(jiān)測

用于監(jiān)測電路中的電壓，當(dāng)電壓超出或低于設(shè)定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)。

精密恒流源/灌電流源

能夠提供精確的恒定電流，滿足一些對電流精度要求較高的應(yīng)用。

帶集成參考的比較器

可作為比較器使用，將輸入信號(hào)與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，輸出相應(yīng)的邏輯信號(hào)。

詳細(xì)描述

功能概述

ATL431LI內(nèi)部包含精確的電壓參考和運(yùn)算放大器，這兩個(gè)關(guān)鍵組件是非?；A(chǔ)的模擬構(gòu)建模塊。它可以作為單個(gè)電壓參考、誤差放大器、電壓鉗位器或帶集成參考的比較器使用。通過調(diào)節(jié)，其陰極電壓可在2.5V至36V之間變化，適用于工業(yè)、汽車、電信和計(jì)算等眾多領(lǐng)域的終端設(shè)備。

功能模式

開環(huán)（比較器）模式

當(dāng)陰極/輸出電壓或電流不以任何形式反饋到參考/輸入引腳時(shí)，ATL431LI工作在開環(huán)模式。在這種模式下，只要提供適當(dāng)?shù)年帢O電流，它就具有較高的增益，通常被用作電壓比較器，可用于監(jiān)測信號(hào)的過壓和欠壓情況。

閉環(huán)模式

當(dāng)陰極/輸出電壓或電流以某種形式反饋到參考/輸入引腳時(shí)，ATL431LI工作在閉環(huán)模式。大多數(shù)應(yīng)用都采用這種方式來調(diào)節(jié)固定電壓或電流，通過反饋使它能夠作為誤差放大器，計(jì)算輸出電壓的一部分并進(jìn)行調(diào)整，以保持所需的調(diào)節(jié)精度。

應(yīng)用設(shè)計(jì)

比較器應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

以一個(gè)具體的設(shè)計(jì)為例，輸入電壓范圍為0V至5V，輸入電阻為10kΩ，電源電壓為24V，陰極電流 (I{K}) 為5mA，輸出電壓電平約為2V - (V{SUP}) ，邏輯輸入閾值為 (V_{L}) 。

設(shè)計(jì)步驟

• 確定關(guān)鍵參數(shù)：包括輸入電壓范圍、參考電壓精度、輸出邏輯輸入高低電平閾值以及電流源電阻。
• 基本操作：在特定配置下，ATL431LI將 (V{REF}) 引腳電壓與內(nèi)部虛擬參考電壓進(jìn)行比較。適當(dāng)?shù)年帢O電流能使其具有足夠的開環(huán)增益，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。需要注意的是，參考引腳需要足夠的過驅(qū)動(dòng)電壓，以確保快速準(zhǔn)確的響應(yīng)。同時(shí)，為了減小 (I{REF}) 對 (V_{IN}) 的誤差影響，建議使用小于10kΩ的輸入電阻。
• 輸出電壓和邏輯輸入電平：為了使ATL431LI作為比較器正常工作，其邏輯輸出必須能被接收邏輯設(shè)備讀取。當(dāng)輸出低電平電壓不滿足接收邏輯設(shè)備要求時(shí)，可以使用電阻分壓器對輸出電壓進(jìn)行衰減。同時(shí)，要注意電阻分壓器的阻值總和應(yīng)遠(yuǎn)大于 (R_{SUP}) ，以免影響ATL431LI的性能。

精密恒流灌電流源應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

以一個(gè)設(shè)計(jì)為例，電源電壓 (V{I(BATT)}) 為5V，灌電流 (I{O}) 為100mA，陰極電流 (I_{K}) 為5mA。

設(shè)計(jì)步驟

• 確定關(guān)鍵參數(shù)：包括輸出電流范圍、輸出電流精度以及ATL43xLI的功耗。
• 基本操作：ATL43xLI在恒流灌電流源的反饋回路中作為控制組件，與外部的通過組件（如BJT）配合工作，通過自身和檢測電阻 (R{S}) 來提供精確的恒流灌電流。輸出電流范圍由相關(guān)方程確定，輸出電流精度則取決于ATL43xLI和檢測電阻 (R{S}) 的精度以及它們的溫度系數(shù)。
• 功耗考慮：為了使ATL43xLI正常工作，需要達(dá)到最小工作電流，通常通過設(shè)置與ATL43xLI串聯(lián)的外部偏置電阻來實(shí)現(xiàn)。為了降低功耗，可以考慮選擇如ATL43x等器件。

并聯(lián)穩(wěn)壓器/參考應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

以一個(gè)設(shè)計(jì)為例，參考初始精度為1.0%，電源電壓為24V，陰極電流 (I{K}) 為5mA，輸出電壓電平在2.5V - 36V之間，負(fù)載電容為2μF，反饋電阻值和精度（ (R{1}) 和 (R_{2}) ）為10kΩ。

設(shè)計(jì)步驟

• 編程輸出/陰極電壓：通過在陰極和陽極引腳之間并聯(lián)一個(gè)電阻橋，并將中點(diǎn)連接到參考引腳，可以對陰極電壓進(jìn)行編程。陰極電壓可以通過近似方程計(jì)算，更精確的計(jì)算需要考慮陰極電流的影響。為了使方程有效，ATL431LI必須充分偏置，以獲得足夠的開環(huán)增益。
• 總精度：當(dāng)輸出編程高于單位增益時(shí)，ATL431LI可能會(huì)受到多種誤差的影響，包括 (R{1}) 和 (R{2}) 的精度、參考電壓隨溫度的變化、參考電壓與陰極電壓變化的比值以及動(dòng)態(tài)阻抗等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮這些因素，以確定最壞情況下的陰極電壓。
• 穩(wěn)定性：雖然ATL431LI在無電容負(fù)載時(shí)是穩(wěn)定的，但接收其輸出電壓的設(shè)備可能會(huì)呈現(xiàn)電容負(fù)載。設(shè)計(jì)人員可以參考穩(wěn)定性邊界條件圖來選擇合適的負(fù)載電容，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 啟動(dòng)時(shí)間：ATL431LI具有較快的響應(yīng)速度，在達(dá)到約2V后會(huì)緩慢充電至編程值，這是由于其補(bǔ)償電容需要滿足穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。盡管存在二次延遲，但它仍然適用于許多鉗位應(yīng)用。

帶光耦的隔離反激式應(yīng)用

設(shè)計(jì)要求

在帶光耦的隔離反激式設(shè)計(jì)中，ATL431LI用于次級(jí)側(cè)的反饋網(wǎng)絡(luò)。以一個(gè)設(shè)計(jì)為例，電壓輸出為20V，反饋網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)電流 (I_{q}) 小于40mW。

設(shè)計(jì)步驟

• 設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)低待機(jī)電流的反饋網(wǎng)絡(luò)，以滿足歐洲CoC Tier 2和美國DoE Level VI的要求。系統(tǒng)待機(jī)功率需要低于75mW，因此反饋網(wǎng)絡(luò)的功耗需要小于40mW。
• ATL431LI偏置：系統(tǒng)的待機(jī) (I{q}) 取決于ATL431LI偏置路徑和電阻反饋路徑。設(shè)計(jì)目標(biāo)是充分利用 (I{min}) 來設(shè)置ATL431LI的 (I{KA}) ，通過選擇高CTR的光耦可以降低 (I{OPTNL}) ，從而降低功耗。
• 電阻反饋網(wǎng)絡(luò)：反饋電阻用于設(shè)置次級(jí)側(cè)的輸出電壓，設(shè)計(jì)目標(biāo)是在保持低 (I_{q}) 的同時(shí)，盡量減小電阻誤差。通過合理選擇電阻值，可以將總功耗控制在較低水平。

設(shè)計(jì)建議

電源供應(yīng)

當(dāng)使用ATL43xLIx作為線性穩(wěn)壓器為負(fù)載供電時(shí)，通常會(huì)在輸出/陰極引腳使用旁路電容。此時(shí)，要確保電容值在穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。同時(shí)，要限制電源電壓的電流，避免超過最大陰極電流。此外，還要注意限制流入Ref引腳的電流，防止超過其絕對最大額定值。對于需要分流大電流的應(yīng)用，要關(guān)注陰極和陽極的走線長度，并調(diào)整走線寬度以保證適當(dāng)?shù)碾娏髅芏取?/p>

布局設(shè)計(jì)

布局準(zhǔn)則

旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件放置，以減少信號(hào)干擾。電流承載走線的寬度應(yīng)根據(jù)其承載的電流量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對于ATL43xLIx，其電流通常較低。

不同封裝的布局示例

提供了SOT23 - 3和X2SON（DQN）兩種封裝的布局示例，設(shè)計(jì)人員可以參考這些示例進(jìn)行實(shí)際的布局設(shè)計(jì)。

熱考慮

ATL431LI的熱性能取決于功耗、熱阻和環(huán)境溫度。不同的封裝類型在散熱方面有所不同，在PCB布局時(shí)需要考慮這些差異。例如，DQN封裝的熱性能與熱焊盤的連接方式有關(guān)，建議將其熱焊盤連接到PCB的散熱區(qū)域，以提高散熱效果。同時(shí)，使用較大的偏置電阻可以降低陰極電流，從而改善熱性能。為了確?？煽窟\(yùn)行，應(yīng)將結(jié)溫限制在125°C（最大值）或推薦工作條件中的相應(yīng)溫度最大值。

ATL431LI和ATL432LI高帶寬低Iq可編程并聯(lián)穩(wěn)壓器在性能和應(yīng)用方面都具有很大的優(yōu)勢。作為電子工程師，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分了解其特性和應(yīng)用要點(diǎn)，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇和使用這兩款穩(wěn)壓器，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過相關(guān)的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。