Analog Devices VLDOs intelligent genutzt

Bild 1: Typische Schaltung mit dem LT3033
Bild 1: Typische Schaltung mit dem LT3033

Werden VLDOs (Very Low Dropout Linear Regulators) parallel geschaltet, lassen sich der Ausgangsstrom erhöhen und eine gleichmäßigere Wärmeverteilung erreichen.

Jede Generation von Computersystemen erfordert im Vergleich zur Vorgängerv­ariante eine höhere Gesamtleistung und niedrigere Versorgungsspannungen. Das stellt die Entwickler von Stromversorgungen vor das Problem, mit höheren Ausgangsströmen auf kleinerem Raum Schritt zu halten. Bei hohen Leistungsdichten mit niedrigen Ausgangsspannungen steht das Problem der Wärmeabfuhr ganz oben auf der Prioritätenliste. Das gilt besonders für Linearregler in rauscharmen Anwendungen. Parallele LDOs können die Versorgungsstromfähigkeit erhöhen und die punktuelle Wärmeerzeugung verringern und damit den Temperaturanstieg jeder einzelnen Komponente, wodurch die erforderliche Größe und Anzahl von Bausteinen zur Kühlung sinkt.

In diesem Artikel wird gezeigt, wie man den 3 A VLDO »LT3033« (VLDO: Very Low Dropout Controller) für Anwendungen, die einen Strom von mehr als 3 A erfordern, parallel schalten kann und einen zusätzlichen Vorteil hinsichtlich einer besseren Wärmeverteilung erreicht. Der LT3033 kann aufgrund seiner integrierten Ausgangsstromüberwachung leicht parallel – und stromsymmetrisch – betrieben werden.

Der LT3033 wandelt 1,14 bis 10 V Eingangsspannungen in Ausgangsspannungen bis hinunter zu 0,2 V mit Lastströmen bis 3 A um. Die Dropout-Spannung beträgt bei Volllast nur 95 mV. Der Ruhestrom beläuft sich im Betrieb auf 1,8 mA und sinkt im Shutdown-Modus auf 22 µA. Programmierbare Strombegrenzung und Wärmeschutz geben dem Baustein die notwendige Robustheit für Hochstrom-/Niederspannungsanwendungen.

Als Referenz:
Eine einzelne 3 A-VLDO-Anwendung

Bild 1 zeigt den LT3033, der aus einer 1,2 V Eingangsversorgung 0,9 V bei 3 A liefert. Zur Stabilisierung ist nur ein Low-ESR-Keramikkondensator mit 10 µF an den IN- und OUT-Pins erforderlich. Mit einem zusätzlichen Kondensator (CFF) zwischen Vout und ADJ-Pin kann das Transientenverhalten verbessert und das Rauschen der Ausgangsspannung verringert werden. Ein Bypass-Kondensator mit 10 nF zwischen REF/BYP-Pin und GND reduziert typischerweise das Ausgangsspannungsrauschen auf 60 µV rms in einer Bandbreite von 10 Hz bis 100 kHz und startet die Referenz soft. Die für die Regelung erforderliche minimale Eingangsspannung entspricht der geregelten Ausgangsspannung V plus der Dropout-Spannung oder 1,14 V, je nachdem, welcher Wert größer ist. Eine Demonstrationsplatine ist in Bild 2 dargestellt. Die Gesamtlösungsgröße beträgt nur ca. 7 mm x 8 mm.

Die Strombegrenzung ist programmierbar, indem ein einzelner Widerstand zwischen ILIM-Pin und GND angeschlossen wird, der über einen weiten Eingangsspannungs- und Temperaturbereich eine Genauigkeit von ±12 Prozent aufweist. Als Rückversicherung kann die externe Strombegrenzung durch eine interne Strombegrenzung außer Kraft gesetzt werden, und zwar dann, wenn die Eingangs- und Ausgangsdifferenzspannung 5 V überschreitet.

Der LT3033 stellt eine Ausgangsstromüberwachung zur Verfügung, indem er den IMON-Pin durch einen Widerstand gegen GND zieht. Der IMON-Pin ist der Kollektor eines PNP, der den LT3033-Ausgang PNP im Verhältnis 1:2650 spiegelt. Der Spannungsabfall am Widerstand ist proportional zum Ausgangsstrom, solange sie nicht höher als VOUT – 400 mV – ist.

Gleichung: Iout = 2650 (VIMON/RIMON)

Dieser Ausgangsstrommonitor ermöglicht die Stromteilung für mehrere LT3033.
Trotz seiner geringen Größe verfügt der LT3033 auch über eine Reihe von Schutzfunktionen, darunter eine interne Strombegrenzung, thermische Begrenzung, Rückstrom und Verpolungsschutz.