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浅谈低压差线性稳压器从拓扑结构到注意事项

作者:时间:2014-01-18来源:网络收藏

的拓扑结构

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/226814.htm

近几年来,随着半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低,体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。

的5种拓扑结构如图1所示。a图为传统的NPN型,其输入/输出压差超过2.5~3V,I为驱动电流(下同)。b图为准线性稳压器(QLDO),其压差可减小到0.9~1.5V。c图为PNP型线性稳压器(LDO),其压差仅为0.3~0.6V。d图为由P沟道MOS管构成的PMOS超线性稳压器(VLDO),其压差可降至100mV左右。e图为由N沟道MOS管构成的NMOS VLDO,其压差可低至几十毫伏。

浅谈低压差线性稳压器从拓扑结构到注意事项

上述5种线性稳压器的压差计算公式见附表1。

低压差线性稳压器的主要特点

低压差线性稳压器的主要特点是可最大限度地降低调整管压降,从而大大减小了输入-输出压差,使稳压器能在输入电压略高于额定输出电压的条件下工作。例如,传统的线性稳压器7805或LM317,要求输入电压必须比输出电压高出2.5~3V才能正常工作。为获得+5V输出,就需要+8V的输入电压。与之相比,新型低压差稳压器的输入电压只需高于+5.3V,即可获得+5V输出。从电源效率上看,LM317工作在+3.3V、1A时的效率低于50%。

低压差线性稳压器与开关稳压器相比,主要有以下6个优点:①稳压性能好;②低噪声(可达几十个微伏,无开关噪声)、低纹波(电源抑制比可达60~70dB),这对于无线电和通信设备至关重要;③低静态电流(超βLDO的静态电流可低至几微安至几十微安),低功耗,当输入电压与输出电压接近时可达到很高的效率;④具有快速响应能力,能对负载及输入电压的变化做出快速反应;⑤外围电路简单(仅用两只电容器),使用方便;⑥成本低廉。

浅谈低压差线性稳压器从拓扑结构到注意事项

低压差线性稳压器与其他稳压器的性能比较见表2。低压差线性稳压器使用注意事项

● 使用低压差线性稳压器时不得超过芯片的最高输入电压(UIM)、最大功耗(PDM)、最高结温(TjM)等极限参数值。最大功耗PDM=(UIM-UO)IOM。一般讲,芯片的封装尺寸越小,功耗越低。

● 输入电压必须大于预期的输出电压与输入-输出压差之和,即UI>UO+ΔU,否则低压差线性稳压器无法正常工作。

● 为延长电池使用寿命,应选择相对于负载电流而言,静态电流IQ较小的LDO。例如,为使IQ只增加0.02%的电池消耗,在100mA负载电流的情况下,采用IQ=200μA的VLDO比较合理。某些器件是在室温条件下规定的,或只提供IQ与温度关系的典型曲线。必要时可实测IQ值。

● 输出电压的精度亦称允许偏差。线性稳压器的输出电压精度一般不超过额定值的±5%。对大多数应用而言,该精度已经足够了。

● 由于输出电容是用来补偿LDO的,因此在选择输出电容器时应格外仔细。一般情况下,采用等效串联电阻(ESR)较低的大电容器,可提高电源抑制比,降低噪声电压并改善瞬态响应。但ESR过高或过低,也可能造成振荡。

● 手机、MP3、游戏机及多媒体PDA等便携式设备,适配300~500mA的LDO。为获得良好的音频质量,这种LDO在20Hz~20kHz的音频范围内应具有噪声电压低、电源抑制比(PSRR)很高的特性。

● 为满足精密电子设备的供电要求,应尽量减小LDO的输出噪声。LDO的输出噪声主要来源于基准电压电路,它所产生的噪声经过放大后送至输出端。影响LDO输出噪声的其他因素还有LDO内部放大器的极点、零点和输出极点,外部输出电容的容量、输出电容的等效串联电阻(ESR)及负载值。

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关键词: 低压差 线性稳压器
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