네거티브 레귤레이터, 전류 레퍼런스 선형 레귤레이터 제품군 확장

  • 2016년 08월호
  • 글| 도슨 황(Dawson Huang), 애플리케이션 엔지니어, 파워 매니지먼트 프로덕트, 리니어 테크놀로지

2007년에 출시된 LT3080은 레퍼런스로 전류 소스를 사용하고 출력 증폭기를 위해서 전압 팔로어 기능을 제공하는 새로운 선형 레귤레이터 아키텍처를 적용했다. 이러한 새로운 아키텍처를 적용함으로써 여러 가지 이점이 가능하게 됐다. 간편하게 레귤레이터를 병렬로 연결해 더 높은 출력 전류를 공급할 수 있으며, 출력 전압을 0 V까지 낼 수 있다.

또한 출력 전압 설정 시 저항 분할을 사용하는 것이 아니라 출력증폭기가 항상 단위 이득으로 동작하므로 출력 전압 범위에 걸쳐서 대역폭과 레귤레이션이 일정하다. 또한 트랜션트 응답이 출력 전압에 대해서 무관하며, 레귤레이션을 출력의 퍼센트가 아니라 밀리볼트로 지정할 수 있다.

 

〈표 1〉은 이 아키텍처를 적용한 디바이스 제품들을 요약하고 있다. LT3091은 바로 이 제품군으로 새롭게 추가된 1.5 A LDO(low dropout) 네거티브(negative)의 선형 레귤레이터로서, 전류 한계를 조절 가능하며 전류 모니터링 기능을 제공한다. LT3091은 이 제품군의 또 다른 네거티브의 선형 레귤레이터 제품인 LT3090과 같으면서 다만 전류정격이 LT3090의 두 배 이상이다.

LT3091은 낮은 잡음이나 정밀한 출력을 필요로 하는 고전류 음의 전압 애플리케이션에 사용하기에 적합하다.

LT3091은 빠른 트랜션트 응답, 높은 PSRR, 낮은 출력 잡음을 특징으로 한다. 낮은 드롭아웃은 최대 1.5 A에 이르는 부하를 지원할 때 과열이 발생되는 것을 방지한다. 또한 역 출력 보호, 폴드백을 사용한 내부 전류 제한, 히스테리시스를 사용한 열 셧다운 같은 보호기능을 포함한다. 이 범용성 뛰어난 네거티브의 레귤레이터 아키텍처는 0 V 출력 전압까지 낼 수 있으며 네거티브의 부동 레귤레이터로 동작할 수 있다.

작동 원리 

접지에서 SET 핀으로 연결된 단일 저항 RSET을 통해서 -50 μA 정밀 전류 소스를 구동함으로써 네거티브의 출력 전압을 설정할 수 있다. 내부 팔로어 증폭기가 출력 전압이 SET 핀의 네거티브의 전압과 일치하도록 만든다. 이 아키텍처는 모든 내부 동작 전류가 출력 핀으로부터 안으로 흐른다.

 

모든 출력 전압에서 레귤레이션을 유지하기 위해서는 20 μA 부하만 있으면 된다. 〈그림 1〉은 LT3091의 기본적인 배선도를 보여준다. 이 회로는 1.5 A 출력 전류를 제공하고 제로 출력 전압으로 조절할 수 있으며, 출력 전류에 대해 양 및 음 모니터링을 제공한다. 또한 출력 전압이 입력보다 낮을 때 역류를 방지한다.

〈그림 1〉에서처럼 ILIM 핀과 IN 핀 사이에 외부 저항 RLIM을 연결해 전류 한계를 1.5 A 아래로 낮출 수 있다. 이 기능을 사용함으로써 부하를 효과적으로 보호하고 IC의 온도를 제한할 수 있다.

IMONN 핀으로 3.3 V를 공급하면 IMONP 핀이 출력 전류의 1/4,000에 해당되는 전류를 소싱한다. 전류 소스와 접지 사이에 저항 RMON을 연결하고 이 저항 양단의 전압을 읽음으로써 전류 소싱을 측정할 수 있다. IMONP 핀을 VIN으로 연결하면 IMONN 핀이 출력 전류의 1/2,000에 해당되는 전류를 싱크한다. 이런 식으로 추가적인 검출 저항이나 증폭기를 필요로 하지 않고 최소한의 소자만을 사용해서 포지티브(positive) 또는 네거티브 출력 전류를 모니터링할 수 있다.

병렬 연결로 더 높은 전류 제공 

이 새로운 전류 소스 레퍼런스 레귤레이터를 사용하면 디바이스들을 손쉽게 병렬로 연결할 수 있다. 병렬 연결은 출력 전류를 높이거나 열을 분산시키기에 유용하다. LT3091은 전압 팔로어 기능을 제공하므로 모든 SET 핀을 서로 연결하면 출력들이 동일한 전압이도록 할수 있다. 출력들이 동일한 전압이면 전류를 공유하기 위해서 수 밀리옴의 밸러스트만 있으면 된다(ROUT1,2).

 

〈그림 2〉는 2개 LT3091을 병렬로 연결해 3 A 출력을 제공하는 것을 보여준다. 그러면 설정 저항 RSET을 통해 두배의 설정 전류가 흐른다. 그러므로 출력은 100 μA × RSET이다. 10 mΩ 출력저항 ROUT1,2를 사용해서 최대 전류로 안정화 할 수 있다. 병렬로 연결할 수 있는 디바이스 수에 한계가 없이 더 높은 전류를 제공할 수 있다.

 

〈그림 3〉은 〈그림 2〉의 회로로 열분포를 보여준다. U1과 U2가 비슷한 온도에 도달하고 있으므로 전류를 균등하게 공유하고 있다는 것을 알 수 있다.

저잡음 포지티브: 네거티브 컨버터 

반전 컨버터는 포지티브의 입력으로 부터 네거티브의 전압을 발생시키며 출력 리플이 낮다. 여기에다 LT3091와 같은 고대역폭 LDO를 결합함으로써 전체적인 컨버터가 트랜션트 응답이 매우 빠르고 잡음을 더욱 낮출 수 있다.

 

〈그림 4〉는 저잡음 결합 인덕터 양-대-음 컨버터를 보여준다. 반전 컨버터는 전력 스위치를 통합한 PWM DC/DC 컨버터인 LT3581을 기반으로 하고 있다. LT3581이 4 mm × 3 mm DFN 패키지이고 소형 외부 소자를 필요로 하는데다가 LT3091을 결합함으로써 콤팩트하고 잡음이 낮은 솔루션을 달성할 수 있다.

 

〈그림 5〉는 2개 출력 전압의 트랜션트 응답을 보여준다. 〈그림 6〉은 전체적 시스템의 열 성능을 보여준다.


저잡음 양/음 전원장치

양의 1.5 A LT3081 선형 레귤레이터와 음의 1.5 A 선형 레귤레이터인 LT3091을 사용해 고전류 양-대-포지티브/네거티브 컨버터를 설계할 수 있다. LT8582는 7 mm × 4 mm DFN 패키지로 내부 스위치를 통합한 듀얼채널 PWM DC/DC 컨버터다. 이 디자인은 단일 입력으로 포지티브 및 네거티브의 출력 둘 다 발생시킬 수 있다.

 

〈그림 7〉은 LT8582, LT3081, LT3091을 사용한 1.5 A 12 V 대 ±3.3 V 저잡음 전원장치를 보여준다.

 

〈그림 8〉은 네거티브 레일의 트랜션트 응답을 보여준다.

 

〈그림 9〉는 전체적 시스템의 온도를 보여준다.

이 디자인은 연산 증폭기 전원으로 사용할 수 있다. 고속 연산 증폭기는 저잡음 고속 ±3.3 V 전원을 필요로 한다.

맺음말 

LT3091은 1.5 A LDO 전류 레퍼런스 네거티브의 선형 레귤레이터다. 이 레귤레이터는 간편하게 병렬로 연결해서 출력 전류를 높일 수 있다. 또한 LT3091은 빠른 트랜션트 응답, 높은 PSRR, 낮은 출력 잡음을 특징으로 하므로 포스트 레귤레이터로 사용하기에 적합하다. 또한 LT3091은 전류를 싱크 및 소싱 할 수 있는 전원에 사용하기에 적합하다.  

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