扩展LDO稳压器的输入电压范围

由于制造工艺的原因，所有 IC 都有一个输入电压极限。当您想要使用 dc/dc 转换器（例如：线性稳压器）将高电源电压调节为较低的稳定电压时，这种电压极限就显得较为不便。添加一个 FET 至线性稳压器的输入端，就可以创建一个 dc/dc 转换器，其具有比单独使用稳压器更宽的输入电压范围。过电压（以及随之产生的功耗）在 FET 上被降低。图 1 显示了 TPS79228 2.8-V、100-mA、低噪声、高 PSRR LDO 稳压器输入端的 IRF7601 N－通道 MOSFET。两个电阻器为 MOSFET 栅极提供了一个偏置电压，负载电流决定了 MOSFET 源上的电压（即电阻 FET 导通电阻调节满足负载电流需求）。MOSFET 的选择基于三个标准：漏—源击穿电压、栅极驱动要求和功耗性能。在本例中，最大电源电压为 15V，而 TPS79228 拥有一个 5.5V 的建议工作输入电压最大值，因此选择了一个具有 20V 击穿电压的 MOSFET。
为了确定 MOSFET 栅极的最小偏置电压，就需要 MOSFET 漏极电流 (ID) 与栅—源电压 (VGS) 数据表曲线图表。就 IRF7601 而言，这些曲线表明该器件要实现 100-mA 的输出电流所需的 VGS 应略低于 1.5 V。由于在 100 mA 情况下，稳压器的最大压降为 100mV，因此稳压器的输入电压必须保持高于 2.9V。从而，MOSFET 栅极偏置至少为 1.5 V + 2.9 V = 4.4 V，这样的话，当 MOSFET 提供 100mA 电流时，其源电压不会降至 2.9V 以下。最大栅极偏置电压一般为稳压器所推荐的工作电压，或为 5.5V。该电压提供超出所需的栅极驱动，以为稳压器在断电模式下提供 1μA 的静态电流。尽管栅极可以在 4.4V 至 5.5V 之间进行偏置，但是应选择一个 5.0V 的偏置电压，以解决阈值电压下的各种变化情况。FET 的最大功耗为：
斜坡是另一个潜在的会带来噪声问题的地方。斜坡通常由电容器充电（电压模式）生成，或由来自于电源开关电流的采样（电流模式）生成。通常，电压模式斜坡并不是一个问题，因为电容对高频注入信号的阻抗很小。而电流斜坡却较为棘手，因为存在了上升边沿峰值、相对较小的斜坡振幅以及功率级寄生效应。
100 mA x (15 V – 2.9 V) = 1.21 W
Micro 8 封装中的 IRF7601 可以使 TA = 55℃。因此，在使用 TPS79228 以及一个 MOSFET 的情况下，一个 15V 电源可产生一个低噪声﹑低纹波的 2.8-V 输出电压。

图 1 用于扩展稳压器输入电压范围的 MOSFET 开关
如果输入电压变化较为明显，虽然图 2 相对有点复杂，但是非常必要。用一个齐纳二极管替代图 1 中底部的电阻器，并为 MOSFET 提供一个固定的栅极驱动。齐纳二极管输出电压的选择方式与前面的阐述相似。

图 2 用于扩展稳压器输入电压范围利用齐纳二极管进行偏置的 MOSFET 开关
就创建一个输入电压范围比转换器 IC 容许范围更宽的 dc/dc 转换器而言，两种方法均适合。单个 MOSFET 解决方案是最简单，也是最便宜的解决方案。当没有对电源进行稳压时，由一个齐纳二极管进行偏置的 MOSFET 是最佳的选择。