ATL431LI/ATL432LI高帶寬低Iq可編程并聯穩壓器的特性、應用與設計要點

在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的穩壓器至關重要。ATL431LI和ATL432LI作為高帶寬低Iq可編程并聯穩壓器，憑借其出色的性能和廣泛的應用場景，成為了眾多設計中的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這兩款穩壓器。

文件下載：atl432li.pdf

特性亮點

精準的參考電壓

在25°C時，參考電壓容差表現出色，B級為±0.5%，A級為±1%。最小典型輸出電壓為2.5V，且輸出電壓可在 (V_{ref}) 至36V之間進行調節，這為不同的設計需求提供了很大的靈活性。

寬溫度范圍工作

能夠在 -40°C至 +125°C（Q溫度范圍）的環境下穩定運行，滿足了包括汽車、商業和軍事等多種應用場景對溫度的要求。同時，最大溫度漂移在不同溫度范圍下也有明確的指標，I溫度范圍最大為17mV，Q溫度范圍最大為27mV。

低輸出阻抗

典型輸出阻抗僅為0.3Ω，這使得它在處理信號時能夠保持較好的穩定性和準確性。

強大的電流能力

具有一定的灌電流能力，最小灌電流 (I{min}) 最大為0.08mA，陰極電流 (I{KA}) 最大可達15mA。參考輸入電流 (I_{REF}) 最大為0.4μA，且參考輸入電流隨溫度的偏差 (I(dev)) 最大為0.3μA。

多樣的封裝形式

提供1mm x 1mm X2SON或SOT23 - 3兩種封裝，其中X2SON封裝尺寸小巧，非常適合對空間要求較高的應用。

應用領域

可調電壓和電流參考

可用于需要精確電壓和電流參考的電路中，為系統提供穩定的基準信號。

反激式開關電源的次級側調節

在反激式開關電源中，能夠對次級側的電壓進行有效調節，提高電源的穩定性和效率。

齊納二極管替代

憑借其出色的性能，可在很多應用中替代齊納二極管，提供更穩定的電壓調節。

電壓監測

用于監測電路中的電壓，當電壓超出或低于設定范圍時，及時發出信號。

精密恒流源/灌電流源

能夠提供精確的恒定電流，滿足一些對電流精度要求較高的應用。

帶集成參考的比較器

可作為比較器使用，將輸入信號與內部參考電壓進行比較，輸出相應的邏輯信號。

詳細描述

功能概述

ATL431LI內部包含精確的電壓參考和運算放大器，這兩個關鍵組件是非常基礎的模擬構建模塊。它可以作為單個電壓參考、誤差放大器、電壓鉗位器或帶集成參考的比較器使用。通過調節，其陰極電壓可在2.5V至36V之間變化，適用于工業、汽車、電信和計算等眾多領域的終端設備。

功能模式

開環（比較器）模式

當陰極/輸出電壓或電流不以任何形式反饋到參考/輸入引腳時，ATL431LI工作在開環模式。在這種模式下，只要提供適當的陰極電流，它就具有較高的增益，通常被用作電壓比較器，可用于監測信號的過壓和欠壓情況。

閉環模式

當陰極/輸出電壓或電流以某種形式反饋到參考/輸入引腳時，ATL431LI工作在閉環模式。大多數應用都采用這種方式來調節固定電壓或電流，通過反饋使它能夠作為誤差放大器，計算輸出電壓的一部分并進行調整，以保持所需的調節精度。

應用設計

比較器應用

設計要求

以一個具體的設計為例，輸入電壓范圍為0V至5V，輸入電阻為10kΩ，電源電壓為24V，陰極電流 (I{K}) 為5mA，輸出電壓電平約為2V - (V{SUP}) ，邏輯輸入閾值為 (V_{L}) 。

設計步驟

• 確定關鍵參數：包括輸入電壓范圍、參考電壓精度、輸出邏輯輸入高低電平閾值以及電流源電阻。
• 基本操作：在特定配置下，ATL431LI將 (V{REF}) 引腳電壓與內部虛擬參考電壓進行比較。適當的陰極電流能使其具有足夠的開環增益，實現快速響應。需要注意的是，參考引腳需要足夠的過驅動電壓，以確保快速準確的響應。同時，為了減小 (I{REF}) 對 (V_{IN}) 的誤差影響，建議使用小于10kΩ的輸入電阻。
• 輸出電壓和邏輯輸入電平：為了使ATL431LI作為比較器正常工作，其邏輯輸出必須能被接收邏輯設備讀取。當輸出低電平電壓不滿足接收邏輯設備要求時，可以使用電阻分壓器對輸出電壓進行衰減。同時，要注意電阻分壓器的阻值總和應遠大于 (R_{SUP}) ，以免影響ATL431LI的性能。

精密恒流灌電流源應用

設計要求

以一個設計為例，電源電壓 (V{I(BATT)}) 為5V，灌電流 (I{O}) 為100mA，陰極電流 (I_{K}) 為5mA。

設計步驟

• 確定關鍵參數：包括輸出電流范圍、輸出電流精度以及ATL43xLI的功耗。
• 基本操作：ATL43xLI在恒流灌電流源的反饋回路中作為控制組件，與外部的通過組件（如BJT）配合工作，通過自身和檢測電阻 (R{S}) 來提供精確的恒流灌電流。輸出電流范圍由相關方程確定，輸出電流精度則取決于ATL43xLI和檢測電阻 (R{S}) 的精度以及它們的溫度系數。
• 功耗考慮：為了使ATL43xLI正常工作，需要達到最小工作電流，通常通過設置與ATL43xLI串聯的外部偏置電阻來實現。為了降低功耗，可以考慮選擇如ATL43x等器件。

并聯穩壓器/參考應用

設計要求

以一個設計為例，參考初始精度為1.0%，電源電壓為24V，陰極電流 (I{K}) 為5mA，輸出電壓電平在2.5V - 36V之間，負載電容為2μF，反饋電阻值和精度（ (R{1}) 和 (R_{2}) ）為10kΩ。

設計步驟

• 編程輸出/陰極電壓：通過在陰極和陽極引腳之間并聯一個電阻橋，并將中點連接到參考引腳，可以對陰極電壓進行編程。陰極電壓可以通過近似方程計算，更精確的計算需要考慮陰極電流的影響。為了使方程有效，ATL431LI必須充分偏置，以獲得足夠的開環增益。
• 總精度：當輸出編程高于單位增益時，ATL431LI可能會受到多種誤差的影響，包括 (R{1}) 和 (R{2}) 的精度、參考電壓隨溫度的變化、參考電壓與陰極電壓變化的比值以及動態阻抗等。在設計時，需要綜合考慮這些因素，以確定最壞情況下的陰極電壓。
• 穩定性：雖然ATL431LI在無電容負載時是穩定的，但接收其輸出電壓的設備可能會呈現電容負載。設計人員可以參考穩定性邊界條件圖來選擇合適的負載電容，以確保系統的穩定性。
• 啟動時間：ATL431LI具有較快的響應速度，在達到約2V后會緩慢充電至編程值，這是由于其補償電容需要滿足穩定性標準。盡管存在二次延遲，但它仍然適用于許多鉗位應用。

帶光耦的隔離反激式應用

設計要求

在帶光耦的隔離反激式設計中，ATL431LI用于次級側的反饋網絡。以一個設計為例，電壓輸出為20V，反饋網絡靜態電流 (I_{q}) 小于40mW。

設計步驟

• 設計目標：設計一個低待機電流的反饋網絡，以滿足歐洲CoC Tier 2和美國DoE Level VI的要求。系統待機功率需要低于75mW，因此反饋網絡的功耗需要小于40mW。
• ATL431LI偏置：系統的待機 (I{q}) 取決于ATL431LI偏置路徑和電阻反饋路徑。設計目標是充分利用 (I{min}) 來設置ATL431LI的 (I{KA}) ，通過選擇高CTR的光耦可以降低 (I{OPTNL}) ，從而降低功耗。
• 電阻反饋網絡：反饋電阻用于設置次級側的輸出電壓，設計目標是在保持低 (I_{q}) 的同時，盡量減小電阻誤差。通過合理選擇電阻值，可以將總功耗控制在較低水平。

設計建議

電源供應

當使用ATL43xLIx作為線性穩壓器為負載供電時，通常會在輸出/陰極引腳使用旁路電容。此時，要確保電容值在穩定性標準范圍內。同時，要限制電源電壓的電流，避免超過最大陰極電流。此外，還要注意限制流入Ref引腳的電流，防止超過其絕對最大額定值。對于需要分流大電流的應用，要關注陰極和陽極的走線長度，并調整走線寬度以保證適當的電流密度。

布局設計

布局準則

旁路電容應盡可能靠近器件放置，以減少信號干擾。電流承載走線的寬度應根據其承載的電流量進行合理設計，對于ATL43xLIx，其電流通常較低。

不同封裝的布局示例

提供了SOT23 - 3和X2SON（DQN）兩種封裝的布局示例，設計人員可以參考這些示例進行實際的布局設計。

熱考慮

ATL431LI的熱性能取決于功耗、熱阻和環境溫度。不同的封裝類型在散熱方面有所不同，在PCB布局時需要考慮這些差異。例如，DQN封裝的熱性能與熱焊盤的連接方式有關，建議將其熱焊盤連接到PCB的散熱區域，以提高散熱效果。同時，使用較大的偏置電阻可以降低陰極電流，從而改善熱性能。為了確保可靠運行，應將結溫限制在125°C（最大值）或推薦工作條件中的相應溫度最大值。

ATL431LI和ATL432LI高帶寬低Iq可編程并聯穩壓器在性能和應用方面都具有很大的優勢。作為電子工程師，在進行設計時，需要充分了解其特性和應用要點，結合具體的設計需求，合理選擇和使用這兩款穩壓器，以實現最佳的設計效果。大家在實際應用中是否遇到過相關的問題呢？歡迎在評論區分享交流。