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1.前言

假設我們正在研究超聲系統。我們需要一個干凈的 ±100V 電源來為超聲波發射器供電，因此我們需要一個線性穩壓器 (LDO)。你如何解決這個需求？ 

我們可以從半導體制造商處尋找設備，但獲得可支持如此高電壓的現成電壓調節器（正極和負極）的機會很少。我們可以創建一個分立的、老式的、基于晶體管的耗散穩壓器。或者，我們可以使用現有的現成低壓穩壓器，通過采用一種稱為“浮動”的技巧來滿足我們的要求。

浮動已經存在很長時間了。浮動穩壓器是一種無需真正接地即可工作的穩壓器。這是用于調節高于穩壓器額定值的電壓的技巧。許多應用需要傳統穩壓器設計無法實現的電路性能。在這篇文章中，我將介紹一種創新電路，該電路可以為正負穩壓器浮動接地。盡管所示示例適用于穩壓器，但這些電路也適用于 TPS7A3501 等電源濾波器。

2.浮動正調節器

TI 的 TPS7A4701 是一款 36V 超低噪聲 (4μV RMS ) LDO，能夠提供 1A 負載并提供正輸出電壓。外部反饋電阻器配置 TPS7A4701 的輸出電壓。

TPS7A4701-EP 是一款正電壓 (36V)、超低噪聲 (4μVRMS) 低壓降線性穩壓器 (LDO)，具有 1A 負載電流灌入能力。

TPS7A4701-EP 輸出電壓可通過用戶可編程的 PCB 布局進行配置（高達 20.5V），也可以使用外部反饋電阻器進行調節（高達 34V）。

TPS7A4701-EP 采用雙極技術進行設計，主要用于高精度、高精密儀表 應用 ，在這些應用中干凈的電壓軌對于最大程度地提高系統性能而言至關重要。此特性使得該器件非常適合為運算放大器、模數轉換器 (ADC)、數模轉換器 (DAC) 以及重要 應用 （如醫療、射頻 (RF) 和測試與測量）中的其他高性能模擬電路供電。

要使 TPS7A4701 支持高達 100V 的輸出電壓，我們可以使用直流放大器將集成電路 (IC) 的接地浮動，如圖 1 所示。通常，任何正穩壓器都有一些電流流入 GND 引腳，它在數據表中列為 I (GND)。對于 TPS7A4701，當輸出電流為 1A 時，I (GND)的典型值為 6.1mA。

圖 1：使用 TINA-TI? 軟件對浮動穩壓器接地（正穩壓器）進行直流放大器仿真

如圖 1 中的仿真所示，LDO I (GND)是來自 GND 引腳的電流。該電流分為兩條路徑：一條通過雙極結型晶體管 (BJT)，另一條通過電阻分壓器。運算放大器 (op amp) U1 在開環配置中用作積分器，并通過 2.2kΩ 的串聯電阻驅動 BJT。12V 電源 V CC為運算放大器供電。V CNTRL輸入決定虛擬接地電壓的值，如公式 1 所示：

(1)

圖 1 中顯示的電路與 TPS7A4701 相結合，在開發過程中進行了高壓操作測試。圖 2 顯示了與控制電壓相關的傳輸特性（對于圖 1 中的電路）。使用外部控制電壓 V CNTL(P)設置虛擬接地。

圖 2：輸入電壓為 110V 時正穩壓器的傳輸特性

3.浮動負調節器

浮動負穩壓器示例使用 TPS7A3301，這是一款 -36V 超低噪聲（16μV RMS，72dB 電源抑制比 [PSRR]）LDO，能夠吸收 1A 負載并提供負輸出電壓。對于 TPS7A3301，當輸出電流為 50mA 時，I (GND)被指定為 5mA 典型值。該電流使用 BJT 進行轉移，如圖 3 所示。

圖 3：使用 TINA-TI? 軟件對浮動穩壓器接地（負穩壓器）進行直流放大器仿真

兩個運算放大器（U1 和 U2）形成一個直流放大器。第一階段將負輸出電壓轉換為正值。第二個運算放大器是誤差放大器。系統有一個穩定點，負輸入變為等于第二個運算放大器的正輸入。如果輸出太負，則 PNP 晶體管（在第二個運算放大器的輸出端）被驅動到飽和狀態；這會將虛擬地面移向零。V CNTL輸入通過使用公式 2 來決定輸出電壓的值：

 (2)

如圖 3 所示，第一個運算放大器的輸出鎖定在 V CNTL電壓 (= 1V)，并將負輸出電壓設置為 -21.32V，將虛擬接地設置為 -18.02V。

圖 3 中顯示的電路與 TPS7A3301 相結合，在開發過程中針對高壓操作進行了測試。圖 4 顯示了與控制電壓相關的傳輸特性（對于圖 3 中的電路）。使用外部控制電壓 V CNTL(N)設置虛擬接地。

圖 4：輸入電壓為 -110V 時負穩壓器的傳輸特性

用于浮動接地的電路是通用電路。它們使用低壓運算放大器和外部晶體管來增強現有低壓穩壓器的能力。