如何选择低压降稳压器

2011-04-12 16:16:50来源: 互联网 关键字:选择  低压  稳压器

可携式产品在基本要求之外还有更多考虑因素

选择低压降线性稳压器 (LDO) 时,基本考虑包括输入电压范围、要求的输出电压、负载电流范围和组件封装的散热能力,然而可携式应用却必须考虑更多因素,例如接地或静态电流 (IGND或IQ)、电源涟波拒斥比 (PSRR)、噪声以及封装体积,可携式应用常会根据这些因素选择最适当的低压降稳压器。

输入、输出和最小电压差 (dropout voltage)
选择低压差稳压器时,必须确定电源电压在稳压器的输入范围,下表是可携式设备的常用电池以及它们的电压范围。

判断稳压器能否提供所需输出电压时,必须将稳压电路所要求的「最小电压差」(dropout voltage) 列入考虑;输入电压必须大于目标输出电压以及最小电压差额定值的总和,也就是VIN > VOUT + VDROPOUT,若VIN降至此电压以下,稳压器将失去稳压功能,输出电压也会随着输入电压而改变,其值等于输入电压减掉导通组件的RDS(on)乘上负载电流。

值得注意的是,当输入电压不能满足「最小电压差」要求时,稳压器效能也会改变,此时推动导通组件的误差放大器会进入完全导通状态,使得回路增益为零,这表示输入电源和负载的稳压能力会变得很差,电源供应拒斥比也将大幅下降。

选择以固定电压方式提供所需输出电压的低压降稳压器,以便省下外接电阻分压器的成本和空间,这些电阻分压器主要用来设定可调整式组件的输出电压。某些可调整式稳压器还能将输出连接至回授接脚,让输出电压等于内部参考电压,其值通常在1.2 V左右。请向制造商确认其产品是否支持这项功能。
电池种类 电压范围
锂离子/锂聚合物 2.7至4.2 V (3.6 V额定值)
镍氢/镍镉 0.9至1.5 V (1.2 V额定值)
AA/AAA 0.9至1.5 V (1.5 V额定值)


封装及功耗散逸
可携式应用的零件放置空间必然受限,因此解决方案的体积就显得相当重要。直接采用裸晶粒可将体积减至最小,但却无法采用封装技术所带来的优点,例如机构保护能力和符合产业标准,而现有的组件组装设施也不容易处理这些裸晶粒。芯片级封装 (CSP) 不但提供裸晶粒的体积优点,还能带来封装的许多好处。

在无线手机市场需求带动下,芯片级封装产品的供应日益广泛,例如TI预计在9月推出的200 mA射频低压差稳压器就采用0.84 x 1.348厘米的芯片级封装 (图1),它所使用的先进封装技术使得组件组装更容易,还提供很高的电路板层级可靠性


图1:采用芯片级封装的低压降稳压器拥有裸晶粒的体积优点,并能享受封装带来的许多好处,图中是它与SOT-23及SC-70封装的比较

 3厘米的SOT-23、超小型的2.13 其它小型封装包括应用广泛的3  2.3厘米SC-70以及厚度低于1厘米的ThinSOT和QFN封装。QFN封装底部采用散热焊垫,它能在组件和电路板之间形成有效的散热接面,使得这种封装拥有更良好的散热能力。

设计时必须注意不可超过封装的最大功耗散逸能力,我们可利用PDISSIPATION = (VIN-VOUT) / (IOUT + IQ) 来计算功耗散逸;通常封装越小,散热能力也越差,但也有例外,例如QFN封装的散热能力就很接近体积1.5至2倍的许多其它封装。

低压降稳压器的电路拓朴和静态电流
要将电池的供电时间延至最长,最好选择静态电流IQ比负载电流小很多的稳压器,例如若负载电流为100 mA,则200 μA的静态电流是合理选择,此时IQ只会使得电池漏电流增加0.02%,可说是微不足道。

在某些情形下,受到电池放电特性的影响,低压差稳压器所需的「最小电压差」可能成为电池寿命的主导因素,例如碱性电池的放电曲线较平缓,因此当其电压下降至无法满足稳压器的「最小电压差」要求时,其电池剩下的电力常会超过同样情形的镍氢电池。设计人员必须在IQ和最小电压差之间做出取舍,使得电池在供电期间能尽量利用它所储存的电力;换言之,较小的IQ并不一定代表较长的电池寿命。

IQ在双极电路拓朴中的特性也值得注意,它不仅会随着负载电流大幅改变,稳压器因为输入电压过低而失去稳压功能时,IQ也会增加。

另外,还要注意IQ在规格表中的指定方式,有些组件只列出室温下的IQ值,或是只有一条典型曲线,代表IQ与温度之间的关系;这种方式虽然也有好处,对于最大静态电流却没有任何保证。如果IQ对于应用很重要,选择组件时最好确保它在所有负载、温度和制程变异条件下都能符合要求,并且使用MOS类型的导通组件。

输出电容
典型的低压差稳压器应用需要外接输入和输出电容,设计人员可以选择对于电容稳定性没有任何要求的低压差稳压器,以便将体积和成本减至最少,或是彻底省下这些零件。值得注意的是,通常电容的电容值越大及等效串联阻抗 (ESR) 越小,即可提供更高的电源拒斥比、更低的噪声以及更良好的瞬时响应能力。

陶瓷电容通常较受欢迎,因为它们的成本低,故障时会变成开路;钽质电容成本较高,故障时则会变成短路。输出电容的等效串联阻抗会影响电路稳定性,陶瓷电容的等效串联阻抗较小,约为数十毫奥姆,钽质电容的等效串联阻抗则在数百毫奥姆左右。许多钽质电容的等效串联阻抗还会随着温度大幅改变,进而对稳压器的工作效能造成负面影响。陶瓷电容可用来取代钽质电容,只要在电容和地线之间加上一颗温度稳定性良好的适当电阻 (通常为200 mA。请与稳压组件制造商联络,确保得到正确的电路设计。

射频和音讯应用
最后,让我们考虑可携式应用中某些特殊电路的电源需求。

射频电路包含低噪声放大器、升频/降频转换器、混波器、锁相回路、压控振荡器、中频放大器以及功率放大器,因此需要低噪声和高电源拒斥比的低压降稳压器。现代发射机和接收机电路的设计都非常小心,确保它们能提供很低的噪声和良好的线性能力。

电源噪声可能造成压控振荡器的相位噪声增加,并随之进入发射放大器和接收放大器。由于W-CDMA之类的现有手机技术对于频谱再生 (spectral regrowth) 以及相邻通道功率要求都很严格,因此就算只有很少的电源噪声进入放大器的基极/闸极或是集极/汲极的电源供应,也可能造成相邻信道噪声或假讯号 (spurious signal)。

包括行动电话、MP3、游戏和多媒体PDA等应用在内,许多可携式设备的音讯功能可能需要300至500 mA电流的低压降稳压器,为了提供良好的音质,这颗低压降稳压器在音频范围 (20 Hz至20 kHz) 的噪声必须很小,同时提供很高的电源拒斥比。

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编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0412/article_6851.html
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