Die Entscheidung zwischen einer Serie oder Shunt-Spannungsreferenz, EE Times

Serie Referenz






Eine Reihe Referenz hat drei Anschlüsse: Vin. Vout. und GND. Obwohl vom Konzept her ähnlich zu einem linearen Spannungsregler, ist es für niedrigere Strom und eine höhere Genauigkeit ausgelegt. Eine Reihe Referenz arbeitet in Reihe mit der Last (1), und kann als spannungsgesteuerter Widerstand zwischen der Vin und Vout Anschlüssen betrachtet werden.

Figur 1 Blockschaltbild der 3-terminalen Reihenspannungsreferenz.
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Es regelt durch seinen Innenwiderstand so eingestellt wird, daß Vin minus der Spannungsabfall über den Innenwiderstand die Referenzspannung an Vout entspricht. Da Stromfluss ist erforderlich, um einen Spannungsabfall zu erzeugen, weist das Gerät eine kleine Ruhestromregelung zu gewährleisten, wenn die Last entfernt wird. Serie Referenzen haben folgende Eigenschaften:

• Die Versorgungsspannung (VCC) muss hoch genug sein, um einen Spannungsabfall über den Innenwiderstand zu ermöglichen, aber nicht hoch genug, um die Referenz IC zu beschädigen.
• Der IC und die Verpackung muss die Verlustleistung in dem Reihendurchgangselement handhaben.
• Ohne Laststrom ist die einzige Quelle des Energieverbrauches der Referenzruhestrom.
• Serie Referenzen haben in der Regel eine bessere anfängliche Toleranz und Temperaturkoeffizienten als Shunt-Referenzen tun.

Design Gleichungen für die Serie Referenz
Eine Reihe Referenzdesign ist ziemlich einfach. So stellen Sie sicher, dass die Eingangsspannung und die Verlustleistung innerhalb der Maxima sind für den IC angegeben:

Für eine Reihe Referenz tritt die Worst-Case-Verlustleistung für eine maximale Versorgungsspannung und Maximalbelastung:

P_SER = Leistung in Reihe Referenz
Vsup = Versorgungsspannung
Vref = Referenzausgangsspannung
IL = Laststrom
Iq = Referenzruhestrom
WC_P_SER = Worst-Case-Leistung in Serie Referenz
Vmax = maximale Versorgungsspannung
ILmax = maximaler Laststrom.

Shunt Referenz
Eine Shunt-Referenz hat zwei Anschlüsse, OUT und GND. Es ist im Konzept ähnlich wie eine Zener-Diode, aber hat viel bessere Spezifikationen. Wie eine Zener-Diode, erfordert sie einen externen Widerstand und arbeitet parallel mit seiner Last (Abbildung 2).

Figur 2 Blockschaltbild der 2-terminalen Shunt-Spannungsreferenz.
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Design Gleichungen für die Shunt-Referenz Ein Shunt-Referenzdesign ist etwas schwieriger, weil Sie den externen Widerstand Wert berechnen muss. Dieser Wert (R1) muss sicherstellen, dass sein Spannungsabfall aufgrund des Bezugs und Lastströme die Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der Referenzspannung entspricht. R1 muss bei minimaler Versorgungsspannung und maximalen Laststrom im Rahmen dieses Worst-Case-Fall, um sicherzustellen, berechnet werden. Die folgenden Gleichungen berechnen den Wert und die Verlustleistung von R1. und die Verlustleistung im Shunt Referenz (Abbildung 3).

Abbildung 3: Eine Shunt Referenz in dieser Konfiguration ändert sich seinem aktuellen (Imo) eine konstante VREF zu erzeugen.
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Der Strom und die Verlustleistung in R1 hängt nur von der Versorgungsspannung. Laststrom hat keine Auswirkung, weil die Summe des Stromes durch die Last und Referenz konstant ist:

Die Worst-Case-Bedingungen sind maximale Versorgungsspannung und ohne Last:

R1 = externer Widerstand
I_R1 = Strom durch R1 fließende
P_R1 = Verlustleistung in R1
P_SHNT = Verlustleistung im Shunt Referenz
Vmin = minimale Versorgungsspannung
Vmax = maximale Versorgungsspannung
Vref = Referenzausgangsspannung
Imo = Bezugsmindestbetriebsstrom
ILmax = maximaler Laststrom
WC_I_ R1 = Worst-Case-Strom durch R1
WC_P_R1 = worst case Verlustleistung in R1
WC_P_SHNT = worst case Verlustleistung in Shunt-Referenz.

Beispiel 1: Niederspannung, Dauerlast In dieser tragbaren Anwendung der kritischste Parameter ist geringe Verlustleistung. Hier sind die Spezifikationen:

Ich verengte die Suche auf zwei Teile:
MAX6029 Series

Gesamtverlustleistung ist daher 18.3μW.
Der bevorzugte Teil für diese Anwendung ist die MAX6008 Shunt Referenz, weil seine Verlustleistung 18.3μW (vs. 21.8μW für die Serie MAX6029 Referenz). Dieses Beispiel zeigt die große Wirkung von Stromversorgungs Variation auf das Design. Zunächst schien es, dass der Shunt Referenz einen großen Vorteil mit 1 uA minimalen Betriebsstrom hatte, aber der Betrieb unter den ungünstigsten Bedingungen der Betriebsstrom erhöht werden musste 4.4μA zu gewährleisten. Jede Variation in der Stromversorgungsspannung größer ist als in diesem Fall (3,0 V bis 3,6 V) festgelegt würde fordert die Verwendung einer Reihe Referenz.

Beispiel 2: Unterspannung, Wechsellast
Dieses Beispiel ist ähnlich dem Beispiel 1, jedoch mit einer kleinen Änderung in den Spezifikationen. Anstelle einer stetigen 1 uA Last diese Last zieht abwechselnd 1 uA für 99 miIliseconds, dann 1 mA für 1 Millisekunde:

Wir betrachten die gleichen zwei Teile:
MAX6029 Series
Iq = 5.75μA
C_P_SER = (Vmax - Vref) ILmax + (Vmax X Iq)
WC_P_SER (1mA IL) =
(3,6V - 2,5V) 1 mA + (3,6 V x 5.75μA) =
1.12mW (1% der Zeit).
WC_P_SER (1 uA IL) =
(3,6 V - 2,5 V) 1 uA + (3,6V 5.75μA X) =
21.8μW (99% der Zeit).

Durchschnittsverlustleistung = 1.12mW x + 1% 21.8μW x 99% = 32.78μW.

Durchschnittliche Verlustleistung
2.42mW x 1% + 1% 2.5μW x + 2.42mW x 99% + 2,5 mW x 99%
= 4.895mW.
Wie Sie sehen können, ist die durchschnittliche Verlustleistung im Shunt Referenz über 100-mal höher als in der Serie Referenz. Für Anwendungen, bei denen der Laststrom stark schwankt, ist eine Reihe Referenz in der Regel die bessere Wahl.

Über den Autor
James Horste ist ein Field Applications Engineer with Maxim Integrated Products Inc. Sunnyvale, CA.