IC电压基准串联和并联的优缺点

　　本文介绍了 IC 电压基准的主要类型（串联和并联），它们的优缺点，以及如何在它们之间进行选择。在开始比较可用设备之前，您应该决定哪种类型最适合您的应用程序。

　　串联参考

　　串联参考具有三个端子：V in、V out和 GND。虽然在概念上类似于线性稳压器，但它是为更低电流和更高精度而设计的。串联基准与负载串联运行（图 1 ），可被视为 V in 和 V out 端子 之间的压控电阻。

　　图 1. 3 端子串联电压基准的框图。

　　它通过调整其内部电阻进行调节，使 V in 减去内部电阻上的压降等于 V out处的参考电压。由于电流是产生电压降所必需的，因此该器件会吸收一个小的静态电流以确保在移除负载时进行调节。系列参考具有以下特点：

　　电源电压 （V cc ） 必须足够高以允许内部电阻上出现电压降，但又不能高到足以损坏基准 IC。

　　IC 及其封装必须处理串联通路元件中的功耗。

　　在无负载电流的情况下，唯一的功耗来源是参考静态电流。

　　串联参考通常比并联参考具有更好的初始容差和温度系数。

　　系列参考的设计方程式

　　系列参考设计相当简单。只需确保输入电压和功耗在 IC 规定的最大值范围内：

　　分流参考

　　分流参考有两个端子，OUT 和 GND。它在概念上类似于齐纳二极管，但具有更好的规格。与齐纳二极管一样，它需要一个外部电阻器并与其负载并联运行（图 2）。

　　图 2. 2 端子并联电压基准的框图。

　　它可以看作是 OUT 和 GND 端子之间的压控电流源。调节是通过调整电流电平来实现的，使 V supply减去 R 1 上的压降 等于 OUT 上的参考电压。作为替代描述，分流基准通过强制负载电流和流经基准的电流之和保持恒定，在 OUT 处保持恒定电压。分流参考具有以下特点：

　　给定适当的 R 1 大小以适应功耗，分流基准对最大电源电压没有限制。

　　无论负载如何，电源都提供相同的最大电流。电源电流流经负载和基准，在 R 1上降低适当的电压 以维持 OUT 基准电压。

　　作为一种简单的 2 端子器件，并联稳压器可用于新型电路配置，例如负稳压器、浮动稳压器、限幅电路和限幅电路。

　　并联基准的工作电流通常比串联基准低。

　　分流参考的设计方程式

　　分流参考设计有点困难，因为您必须计算外部电阻值。该值 （R 1 ） 必须确保其由参考和负载电流引起的电压降等于电源电压和参考电压之间的差值。R 1 必须在最小电源电压和最大负载电流下计算，以确保在这种最坏情况下运行。以下等式计算 R 1的值和功耗，以及分流参考中的功耗（图 3）。

　　图 3. 此配置中的分流参考通过改变其电流 （I mo ） 以产生恒定的 V REF。

　　R 1 中的电流和功耗 仅取决于电源电压。负载电流没有影响，因为通过负载和参考的电流之和是恒定的：

　　选择参考

　　现在您已了解串联参考和并联参考之间的区别，下一步是确定哪个更适合您的应用。确保获得合适零件的最佳方法是同时考虑串联和分流类型。在对每个进行设计计算之后，首选类型应该是显而易见的。以下是一些经验法则：

　　如果您需要优于 0.1% 的初始精度和 25ppm 的温度系数，您可能应该选择串联基准。

　　如果您想要最低的工作电流，请考虑使用并联基准。

　　将分流参考与广泛变化的电源或负载结合使用时要小心。请务必计算预期功耗，它可能远高于等效串联基准的功耗。（见下面的例子。）

　　对于高于 40V 的电源电压，并联基准可能是您的唯一选择。

　　在构建负参考、浮动参考、限幅电路或限制电路时，请考虑并联参考。

　　示例 1：低电压、稳定负载

　　在这种便携式应用中，最关键的参数是低功耗。以下是规格：

　　因此总功耗为 18.3μW。

　　该应用的首选器件是 MAX6008 并联基准，因为它的功耗为 18.3μW（而 MAX6029 系列基准为 21.8μW）。这个例子说明了电源变化对设计的巨大影响。最初看来，分流基准具有 1μA 最小工作电流的巨大优势，但为了保证在最坏情况下的工作，工作电流必须增加到 4.4μA。在这种情况下，任何大于规定的电源电压变化（3.0V 至 3.6V）都需要使用串联基准。

　　示例 2：低电压、可变负载

　　此示例与示例 1 类似，但规格略有不同。这个负载不是稳定的 1μA 负载，而是在 99 毫秒内交替消耗 1μA，然后在 1 毫秒内消耗 1mA：

　　如您所见，并联基准的平均功耗比串联基准高 100 倍以上。对于负载电流变化很大的应用，串联基准通常是更好的选择。

　　关于作者

　　James Horste 是加利福尼亚州桑尼维尔市 Maxim Integrated Products Inc. 的现场应用工程师。