使用電流鏡控制電源

2021-01-10 EDN電子設計技術

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集成電源，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）。PoDednc

圖1：一種使用反饋的穩定電源方案。PoDednc

通常，在電源IC（如TI的Simple Switcher）中，要修改Vout，唯一能夠使用的就是反饋控制端，也即反相引腳（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（圖2）。PoDednc

圖2：使用電流鏡的壓控電源。PoDednc

這種設計可實現的精度與所使用電流鏡的精度有關。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。將這類器件用在性能更好的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反饋補償，那麼所有這些誤差就都沒什麼關係。PoDednc

圖3給出了當Vref = 1.2V且Vin介於0至10V之間時圖2電路的P-Spice仿真行為。PoDednc

圖3：圖2中電路的P-Spice仿真行為。PoDednc

圖4給出了圖2所示原理的直接實現。在此，LM2596降壓穩壓器通過現成的電流鏡BCV61進行控制。PoDednc

圖4：圖2原理的「奏效設計」應用。PoDednc

我們將圖4原型電路中的unregulated DC input連接到22V電源，將V control連接到幅度為0~10V、頻率為5Hz的鋸齒波發生器，並通過示波器對輸出（帶有50Ω電阻負載）進行採樣，對該電路進行了線性度測試；並使用了脈衝發生器（0~8V，0.5s）來檢查其時間響應。PoDednc

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，具有相當快的瞬態響應。其下降時間與輸出電容器（220µF）和負載（測試時為50Ω）有關。PoDednc

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）。右側的方波響應顯示其上升時間為1ms，且由於輸出電容器和負載電阻的關係，下降時間緩慢。PoDednc

Giovanni Romeo是義大利國家地理研究所（INGV）的技術總監。PoDednc

（原文刊登於EDN美國版，參考連結：Use a current mirror to control a power supply）

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本文為《電子技術設計》2020年2月刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。免費雜誌訂閱申請點擊這裡。

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