在整个电子产品设计中,电源部分是整个产品正常运行发挥最佳性能的基础。一个复杂的电源系统,会经过多种电压之间的转换,在我们初始设计时会比较关心输入电压范围,输出电压值和输出电流最大是多少,但是否只需要了解这些参数就够了呢,显然不是。
在模拟电路采样中我们会比较关心电源输出纹波和噪声指标;在数字电路中并发式或突发式电流突变时电压波动幅度的变化,我们又会关注瞬态响应指标;在低功耗手持设备中我们会关心静态电流,转换效率指标,进而要考虑功率耗散和温升,TJ,封装等一系列问题,甚至在一些复杂的系统中我们还会关注powergood,反接短路保护,EMI/EMC,上下电跟踪及时序等。
在芯片系列中有线性稳压器(LDO)和开关电源(DC/DC)。LDO看似简单,实际非常重要。例如,将负载与不干净的电源隔离或者构建低噪声电源来为敏感电路供电。LDO电路简单,只能做降压,低纹波噪声,快速瞬态响应。
LDO关键性能参数
1. 最小压差
即输入与输出之间能够维持正常工作的最小压差。VIN=VOUT+Vdropout。芯片的的设计工艺和结构不同,压差不同;电流增加温度升高压降也会增大。
2. 输入电压
我们需要考虑输入电压的最高瞬态值和浪涌电压来选,通常按照找2倍以上耐压值取较安全。
3. 输出电流
实际输出能力与压差和电流有关,手册中给表示的理想状态。实际的输出能力和压差及电流相关。大的输出电流值散热问题越严重,如果是大电流的应用尽量使用开关电源。
4. 热阻参数
TJMAX:芯片内核正常工作的最高参数,该值越高内核耐热性越好,其中ƟJA和ƟJC越小越好。
在使用中要确保芯片的内核温度TJ不会超过芯片标定的正常运行最大结温。元器件结温计算:TJ=TA+θJA·PH。
5. 纹波/噪声
PSRR衡量电路抑制电源输入端出现的外来信号(噪声和纹波),使这些干扰信号不至于破坏电路输出的能力。在实际场景中越是低频的噪声越难抑制。在100 kHz 至 1 MHz 范围内的电源抑制非常重要,因为 LDO 经常跟高效的开关电源配合使用来为敏感的模拟电路供电。
6. 瞬态响应
瞬态响应是指电流阶跃变化时的输出电压变化。它与电容,控制环路的增益带宽和负载电流变化的大小和速率有关。
它是电源稳定性很重要的参数,不合适可能会导致系统偶发复位等现象。
注意事项:LDO的输出和输入电容类型和值要选对,否则可能会出现稳定性问题。
LDO的结构趋势
ADI 基于电流基准构架的LT3042、LT3045和LT3094系列产品在节省时间和成本的同时提高应用的性能。相比旧的构架极大的改善了电压调节能力和瞬态响应。它们的噪声和PSRR性能不受输出电压的影响。
此外,多个器件可以直接并联,以进一步降低输出噪声,增加输出电流,并可在PCB上散热。
LDO 看似简单实则非常重要,想要运用LDO的最佳性能,需要综合考虑多种因素。工程师需要了解基本术语后,有效地使用数据手册信息来确定对于设计而言最为重要的参数。
审核编辑 黄宇
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