增加超低噪声、超高PSRR LT3042 200mA线性稳压器的输出电流

LT®0342 是一款 200mA、1.8V 至 20V 输入、线性稳压器，其目标是低噪声 RF 和无线电路。它具有业界领先的 0.8μV 电压有效值输出噪声（10Hz至100kHz）和令人印象深刻的79dB PSRR（1MHz）。一些客户要求将电流提高到200mA以上，同时仍保持低噪声和高PSRR。本文探讨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 转换器

使用外部 NPN 晶体管

并联使用多个 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。其中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）和温度效应。由于 LT3042 已经包括一个内部调整管并具有一个预先确定的调节环路，因此其中几个参数已经固定。我们能做的是调整PNP和NPN电路以优化电路的性能。

LT®3042 线性稳压器

首先观察 LT3042 的噪声频谱密度与频率的关系。注意如何增加 C设置电容（基准电压两端的电容）改善了较低频率的噪声密度，增加了输出电容（C外）提高了300kHz至2MHz频率范围内的噪声密度。

LT3042 在接近其压差电压时保持了卓越的 PSRR。下图显示了PSRR与输入/输出差分电压的函数关系。在满 350mA 负载下，典型压差为 200mV。高于 1V 输入/输出差分，对于 70kHz 至 100MHz 的频率范围，PSRR 大于 2dB。

外部 PNP 晶体管电路

对于PNP电路，我们可以调谐发射极和基极之间的阻抗网络，并调整输出电容。D10VH45G 晶体管基极和发射极之间的 10Ω 电阻器限制了从基极到 LT3042 IN 引脚的电流。该电阻值越高，瞬态响应越快，获得的PSRR越高。但是，该电阻越高，系统就越不稳定。因此，我们增加了一个22uF电容，并串联一个0.2Ω电阻以确保稳定性。这些值是通过经验获得的。电容值越高，获得的PSRR越高。使用具有低有效串联电阻（ESR）和低有效串联电感（ESL）的输出电容器也能获得最佳性能。选择10uF电容器。

LT3042 具有外部 PNP 以增加 I外

测试结果如下所示。第一张图是该电路的噪声频谱密度图与 1A 时的频率的关系图，与 LT3042 在 0.2A 时的噪声频谱密度图的比较。请注意，外部PNP电路在大约1MHz时提供类似的性能。在1MHz时，两个图表发散，PNP电路显示噪声密度急剧下降，然后在较高频率下明显增加。

下图左侧显示了采用2V输入/输出差分的外部PNP解决方案时PSRR与频率的变化。请注意，PSRR 仍然非常好 （70dB PSRR 意味着任何开关噪声都会衰减约 3000），但 PSRR 性能下降 10dB （与没有 PNP 的 LT3042 相比）意味着不带 PNP 的 LT3042 要好 3 倍。注意PSRR如何随着负载电流的减小而改善。右图显示了PSRR如何随着输入/输出电压差的增加而变化。按最高PSRR的顺序列出结果，得到100kHz，2MHz，500kHz，然后是1MHz。

PSRR， Vin-Vout= 2V

PSRR， I外= 1.5A

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。在正常工作（无外部晶体管）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，OUT和OUTS引脚之间的阻抗网络需要调整。10kΩ电阻限制从基极流向OUTS的电流。10uF电容稳定系统。

LT3042 具有外部 NPN 以增加 I外

下图显示了 200mA LT3042 电路与 1A LT3042 加 NPN 解决方案之间的噪声密度差异。NPN解决方案在大约100kHz之前具有略高的噪声密度，但随后其噪声密度显着下降。在3MHz附近，图形图交叉。

下图和左图显示了使用与PNP电路相同的条件时NPN电路的PSRR与频率的变化。比较这些结果揭示了类似的负载电流趋势，即;PSRR随着负载电流的增加而增加。在两个电路的输出电流相似（例如1A）的情况下，NPN电路从低得多的PSRR值（60dB）开始，并随着频率的增加相当一致地上升到近80dB;PNP电路数据呈弯曲形状——它从高PSRR（80dB）开始，下降到约60dB，然后在较高频率下再次上升到大约70dB。

PSRR， V在-V外= 2V

PSRR， I外= 1.0A

现在观察 PSRR 与 V在-to-V外右侧的差分图。即使输出电流略低于上述类似的PNP电路（1A与1.5A），也可以进行一些一般性观察。首先，PSRR随着MOSFET接近压差而降低。此外，随着V电压的提高，PSRR至少提高了20dB。在-to-V外差分大于3.5V。对于NPN电路，频率的排名，从高到低，最佳PSRR列在第一位：2MHz，1MHz，100kHz和500kHz。请注意，这与PNP电路有何不同，PNP电路的频率排序顺序为100kHz，2MHz，500kHz，然后是1MHz。

接下来观察PNP和NPN电路的瞬态响应。在1A负载阶跃下，NPN电路的建立时间要长得多，但峰值电压确实低了约25%。强调上述差异的目的不是详细解释原因，而是展示不同的元件和电路条件如何影响电路的运行。如果没有适当的理解和评估，这些差异可能会导致性能、稳定性和可靠性问题。

NPN 瞬态响应

PNP 瞬态响应

并联 LT3042 的

增加输出电流的另一种方法是并联多个 LT3042 的输出。LT3042 具有一个精准的电流源基准片内，这使得并联输出和均流变得非常简单。每个输出端都需要一个小的镇流电阻器，以防止输出相互对抗。下图示出了四个 LT3042，其输出并联以获得一个 0.8A 解决方案。

并联器件的一个关键优势是降低了输出噪声频谱密度。为了更好地理解为什么会发生这种情况，请参阅博客“并联放大器提高SNR性能”虽然本博客讨论了放大器噪声，但相同的概念也可以应用于线性稳压器输出噪声。下图显示了 LT3042、LT3042 加外部 PNP 晶体管、LT3042 加外部 NPN 晶体管和并联 LT3042 电路的结果。正如预期的那样，并行解决方案具有最佳性能。

并联器件的另一个优点是PSRR不会降低;如下图所示，它保持相对恒定，与NPN和PNP电路不同。NPN 电路数据为浅棕色，PNP 数据为蓝色，LT3042 数据为红色，并联的 LT3042 电路数据为绿色。红线和绿线非常相似;并联电路在整个频率范围内保持高PSRR。

最后，正如人们所期望的那样，并联的LT3042电路具有最佳的瞬态响应。NPN和PNP电路的附加电路使控制环路复杂化，并减慢了瞬态响应。利用四个并联的 LT3042 （800mA） 时，瞬态响应具有较小的过冲和下冲，建立速度比 20A PNP 电路快约 1 倍，比 100A NPN 解决方案快 1 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。从上述数据可以看出，并行解决方案可产生最佳的PSRR、最佳的噪声频谱密度和最佳的瞬态响应。如果其中任何一个是关键设计规范，则建议使用此解决方案。该解决方案还提供电流限制和热关断保护。然而，权衡是解决方案成本。

PNP 解决方案更具成本效益，并且在需要大于 1A 的输出电流时具有更好的 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。

审核编辑：郭婷