如何为我们的电路设计合适的电压基准

作者:电工吧 日期:2022-06-06 19:41:26 人气: 栏目:

你有没有不得不在你最喜欢的两种甜点之间挑选,然后想,“为什么我不能两者都吃?” 好吧,在使用可编程电压基准 (V REF )进行设计时,工程师每天都会遇到同样的事情。

工程师的一个非常普遍的目标是提出具有一定功能的超低功耗设计:感应温度、启动计算机,甚至为我们提供我们喜欢的糖果。但是你知道吗,为了实现低功耗操作,工程师也在放弃其他优势?为了实现低功耗,工程师通常必须使用 V REF进行设计,以提供非常低的电流,但在整个工作温度范围内会出现精度损失。这些工程师有没有办法得到他们的蛋糕并吃掉它?我想你知道答案。

首先,让我们看一下我所说的 V REF精度以及直接影响精度的条件。对于这个例子,我将使用常用的TL431来驱动我的分析。

ATL431 和 ATL432 为三引脚可调节分流稳压器,在适用的汽车级、商业级和工业级温度范围内均可满足规定的热稳定性。 这两款稳压器均可通过两个外部将输出电压设置为 Vref(约为 2.5V)至 36V 范围内的任意值。 其输出阻抗典型值均为 0.05Ω。此类器件的有源输出电路具有出色的导通特性,因此成为了许多应用中齐纳二极管的绝佳替代产品,例如板载稳压器、可调节和开关电源。

ATL43X 的阴极电流范围相比其上一代产品 TL43X 有 20 倍以上的提升。 另外稳定性也有所提高,可支持范围更为宽泛的负载电容类型和容值。

ATL431 和 ATL432 这两款器件的功能完全相同,只是引脚分配和订货编号有所不同。 ATL43X 提供 A 和 B 两个等级,25°C 温度下的初始容差分别为 1% 和 0.5%。 此外,这两款器件的输出温度漂移较低,可确保在整个温度范围内保持出色的稳定性。

ATL43xxI 器件的额定工作温度范围为 –40°C 至 85°C;ATL43xxQ 器件的额定工作温度范围为 –40°C 至 125°C。

如果我们有类似于图 1 的电路,我们可以设置 R1 和 R2 以根据 V REF获得所需的 V KA输出。我们可以在本应用笔记中找到有关如何执行此操作的更多信息。

如何为我们的电路设计合适的电压基准

1:电源电流限制器

V REF并不总是在其标称值;事实上,它可以保证有一个基于设备运行条件的偏移量。表 1 显示了直接影响 V REF的规格表。

如何为我们的电路设计合适的电压基准

1:TL431 电气规格

假设 V KA = 5V 和阴极电流为 2mA,我们可以使用公式 1通过添加这些参数 (典型值) 的集体效应来计算有效VREF 。

如何为我们的电路设计合适的电压基准 (1)

这告诉我们,对于 TL431,有效 V REF现在为 2.4899V,或 0.2% 的准确度,这在普通情况下并没有显着差异。但是,一旦达到最大值(通常发生在高温下),我们将获得2.539V 的有效 VREF,即 1.78% 的准确度

这对我们的系统有何影响?

在模拟环境中,总电压漂移可能是触发运算放大器的必要阈值,44.5mV 最大值/6mV 最小值偏移可能意味着调节和待机之间的差异,这可能导致系统故障。但是,当我们考虑使用 TL431 作为模数转换器 (ADC) 的参考时,这将成为一个更大的问题。最低有效位 (LSB) 电压取决于转换器的位数精度。假设 5V 和 8 位 ADC 的相同条件,我们得到 19.53mV 的 LSB,这在典型操作期间应该没问题,如等式 2 所示。但随着温度的变化,操作会发生变化,系统可能会读取错误数据或执行不正确。

如何为我们的电路设计合适的电压基准(2)

那么如何解决精度问题并仍然保持低功耗运行呢?一种解决方案是ATL431,它具有更低的运行功耗,但显着提高了精度。在与以前相同的条件和设计参数下使用 ATL431,我们将获得2.499V (0.95mV) 的有效 VREF,即 0.03% 的精度在考虑模拟操作时,这为我们提供了更大的误差范围,但更重要的是,我们现在可以使用分辨率更高的 ADC(公式 3):

如何为我们的电路设计合适的电压基准(3)

最后,在正确方向上的微小变化可以产生与我们围绕 TL431 的原始设计更大的折衷结果。ATL431是一种解决方案,它提供了足够好的节能效果,同时也提高了准确性,而不必为了另一个而牺牲一个。最后,即使妥协,也有可能两全其美。



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