使用電流鏡控制電源

作者: Giovanni Romeo,義大利國家地理研究所(INGV)技術總監

在電池充電器和太陽能控制器等許多應用中,對電源進行控制是一項必不可少的任務。業界提供了很多現成的整合電源,但不幸的是,它們沒有提供簡單的輸出控制方法…

在電池充電器和太陽能控制器等許多應用中,對電源進行控制是一項必不可少的任務。業界提供了很多現成的整合電源,但不幸的是,它們沒有提供簡單的輸出控制方法。通常可以將電源設計為功率運算放大器,並將其同相輸入連接到參考電壓(如圖1中的綠色矩形所示)。

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圖1 一種使用回饋的穩定電源配置。

通常,在電源IC(如TI的Simple Switcher)中,要修改Vout,唯一能使用的就是回饋控制端,亦即反相引腳(圖1中的FB)。控制FB的一種非常簡單的方法是用可控電流源代替Rb,而最簡單、最便宜的方法就是使用電流鏡(current mirror),參見圖2。

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圖2 使用電流鏡的壓控電源。

這種設計可實現的精準度與所使用電流鏡的精確度有關。如果決定採用基本的Widlar雙電晶體設計,為了實現良好的電晶體匹配,那麼就必須使用像BCV61這樣的專用雙電晶體。將這類元件用在性能更好的Wilson 4電晶體電流鏡中也很容易,僅當Vin超過鏡像電晶體的VBE(on)時,電流鏡才開始工作,因此開始階段存在非線性。如果對這個推薦設計使用回饋補償,那麼所有這些誤差就都沒什麼關係。

圖3提供了當Vref = 1.2V且Vin介於0~10V之間時圖2電路的PSpice模擬行為。

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圖3 圖2中電路的PSpice模擬行為。

圖4顯示了圖2所示原理的直接實現。在此,LM2596降壓穩壓器透過現成的電流鏡BCV61進行控制。

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圖4 圖2原理的「奏效設計(designed-to-work)」應用。

將圖4原型電路中的un-regulated DC input連接到22V電源,將V control連接到幅度為010V、頻率為5Hz的鋸齒波產生器,並透過示波器對輸出(帶有50Ω電阻負載)進行採樣,對該電路進行了線性度測試;並使用了脈衝產生器(08V,0.5s)來檢查其時間回應。

結果如圖5所示。從左圖可以看出,該電路具有良好的線性度,並且從上升時間(達到穩定點大約需要1ms時間)來看,具有相當快的瞬態回應,其下降時間與輸出電容(220μF)和負載(測試時為50Ω)有關。

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圖5 圖4電路的測試結果包含了驅動電壓(藍色軌跡)和輸出(右側紅色軌跡)。右側的方波回應顯示其上升時間為1ms,且由於輸出電容和負載電阻的關係,下降時間緩慢。

(參考原文: Use a current mirror to control a power supply,by Giovanni Romeo)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2020年2月號雜誌

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