获得高输出电流的三种方法介绍

LT0342是一款200mA，1.8V至20V输入线性稳压器，适用于低噪声RF和无线电路。它具有业界领先的0.8μV RMS 输出噪声（10Hz至100kHz）和1MHz时令人印象深刻的79dB PSRR。一些客户已经要求在保持低噪声和高PSRR的同时将电流增加到200mA以上。本文介绍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晶体管

使用外部NPN晶体管

并行使用多个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。这些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）和温度影响。由于LT3042已经包含一个内部传输晶体管并具有预定的调节环路，因此这些参数中的一些已经固定。我们可以做的是调整PNP和NPN电路以优化电路性能。

LT3042线性稳压器

首先观察噪声频谱密度与LT3042的频率。注意如何增加C SET 电容（参考电压两端的电容）可以改善低频噪声密度，增加输出电容（C OUT ）可以提高噪声密度。频率范围为300kHz至2MHz。

LT3042在接近其压差时保持出色的PSRR。下图显示PSRR是输入/输出差分电压的函数。在200mA负载下，典型的压差为350mV。高于1V输入/输出差分，对于100kHz至2MHz的频率，PSRR大于70dB。

外部PNP晶体管电路

对于PNP电路，我们可以调节发射极和基极之间的阻抗网络，并调节输出电容。 D45VH10G晶体管的基极和发射极之间的10Ω电阻限制了从LT3042的基极到IN引脚的电流。该电阻值越高，瞬态响应越快，PSRR越高。但是，该电阻越高，系统就越不稳定。因此，我们添加一个22uF电容串联，0.2Ω电阻，以确保稳定性。这些值是凭经验获得的。电容值越高，PSRR越高。使用具有低有效串联电阻（ESR）和低有效串联电感（ESL）的输出电容也可获得最佳性能。选择10uF电容。

测试结果如下所示。第一张图是电路的噪声频谱密度图与1A频率的比较，而LT3042的噪声频谱密度图为0.2A。请注意，外部PNP电路的性能类似于大约1MHz。在1MHz时，两个图形发散，PNP电路显示噪声密度急剧下降，然后在较高频率处显着增加。

左下图显示了采用2V输入/输出差分实现外部PNP解决方案时的PSRR与频率的关系。注意PSRR仍然非常好（70dB PSRR意味着任何开关噪声衰减大约3000），但PSRR性能下降10dB（与没有PNP的LT3042相比）意味着没有PNP的LT3042要好3倍。注意当负载电流减小时PSRR如何改善。右图显示了当输入/输出电压差增加时PSRR如何变化。按照最高PSRR的顺序列出结果，得到100kHz，2MHz，500kHz，然后是1MHz。

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。在正常操作（没有外部晶体管）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，调整OUT和OUTS引脚之间的阻抗网络。 10kΩ电阻限制从基极直流到OUTS的电流。 10uF电容可稳定系统。

下图显示了200mA LT3042电路与1A LT3042 plus NPN解决方案之间的噪声密度差异。 NPN解决方案具有稍高的噪声密度，直到大约100kHz，但其噪声密度显着下降。接近3MHz时，图形交叉。

下图和左图显示了NPN电路的PSRR与频率的变化，使用与PNP电路相同的条件。比较这些结果揭示了类似的负载电流趋势，即：PSRR随负载电流的增加而增加。两个电路（例如1A）的输出电流相似，NPN电路的PSRR值（60dB）要低得多，并随着频率的增加而相当稳定地上升到接近80dB; PNP电路数据呈弓形 - 它从高PSRR（80dB）开始，下降到大约60dB，然后在更高的频率再次上升到大约70dB。

现在观察右边的PSRR与V IN -to-V OUT 差分图。即使输出电流略低于上述类似的PNP电路（1A对1.5A），也可以进行一些一般性的观察。首先，随着MOSFET接近压降，PSRR会降低。此外，当V IN -to-V OUT 差分大于3.5V时，PSRR提高至少20dB。对于NPN电路，首先列出的最佳PSRR的频率排名，从最高到最低为：2MHz，1MHz，100kHz和500kHz。注意这与PNP电路有何不同，PNP电路的频率等级顺序为100kHz，2MHz，500kHz，然后是1MHz。

接下来观察PNP和NPN电路的瞬态响应。通过1A负载阶跃，NPN电路表现出更长的建立时间，但峰值电压较低，大约为25％。突出上述差异的目的不是要详细解释原因，而是要说明不同的元件和电路条件如何影响电路的工作。如果没有正确的理解和评估，这些差异可能导致性能，稳定性和可靠性问题。

并联LT3042的

另一个增加输出电流的方法是与多个LT3042的输出并联。 LT3042具有片内精密电流源参考，使输出和电流共享并联非常简单。每个输出端都需要一个小镇流电阻，以防止输出相互抵抗。下图显示了四个LT3042，其输出并联以获得0.8A解决方案。

并联设备的一个关键优势是它可以降低输出噪声频谱密度。为了更好地理解这种情况发生的原因，请参考博客“并联放大器提高SNR性能”虽然本博客讨论了放大器噪声，但同样的概念可以应用于线性稳压器输出噪声。下图显示了LT3042，LT3042外部PNP晶体管，LT3042外部NPN晶体管和并联LT3042电路的结果。正如所料，并行解决方案具有最佳性能。

并联设备的另一个优点是PSRR不会降低;与NPN和PNP电路不同，它如下图所示保持相对恒定。 NPN电路数据为浅棕色，PNP数据为蓝色，LT3042数据为红色，并联LT3042电路数据为绿色。红线和绿线非常相似;并联电路在频率上保持高PSRR。

最后，并联的LT3042电路具有最佳的瞬态响应，正如人们所期望的那样。增加的NPN和PNP电路电路使控制回路复杂化并减慢瞬态响应。有四个LT3042并联（800mA），瞬态响应具有较小的过冲和下冲，并且比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。根据上述数据，并联解决方案可产生最佳PSRR，最佳噪声频谱密度和最佳瞬态响应。如果其中任何一个是关键设计规范，那么建议使用此解决方案。该解决方案还提供限流和热关断保护。然而，折衷是解决方案成本。

当需要大于1A的输出电流时，PNP解决方案更具成本效益并且具有更好的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。