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低压差线性稳压器(LDO)浅谈(二)

LDO的种类
LDO是新一代的集成电路稳压器,它与三端稳压器最大的不同点在于,LDO是一个自耗很低的微型片上系统(SoC)。LDO按其静态耗流来分,分为OmniPowerTM / MicroPowerTM / NanoPowerTM三种产品。OmniPowerTM LDO的静态电流在100mA-1mA,MicroPowerTM LDO的静态电流在10mA-100mA,NanoPowerTM LDO的静态电流小于10mA,通常只有1mA。OmniPowerTM LDO 是一种静态电流稍大但性能优于三端稳压器的新型线性稳压器,适用于使用AC/DC固定电源的所有电子、电器产品。因其需求量大,生产量大,而生产成本极低,价格十分便宜。MicroPowerTM LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器,它具有极低的自有噪音和较高的电源纹波抑制(PSRR),具有快捷的使能控制功能,给它一个高或低的电平可使它进入工作状态或睡眠状态,具有最好的性能/功率比,适用于在需要低噪音的手机电源中使用。NanoPowerTM LDO 是一种毫微功耗的低压差线性稳压器,具有极低的静态电流,稳压十分精确,最适用于需要节电的手提电子、电器产品,见图1。

LDO的结构
LDO的结构是一个微型的片上系统,它由作电流主通道的、具有极低在线导通电阻RDS(ON)的MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器、POK MOSFET 等专用晶体管电路在一个芯片上集成而成,如图 2。
POK(Power OK)是新一代LDO都具备的输出状态自检、延迟安全供电功能,也有称之为Power good即“电源好”。

工作原理及效率
LDO 的工作原理是通过负反馈调整输出电流使输出电压保持不变。
LDO是一个步降型的DC/DC 转换器,因此Vin > Vout,它的工作效率:

LDO的效率一般为60-75%,静态电流小的效率会好一些。

LDO选择原则
当所设计的电路要求分路电源具有下列特点时:
● 低噪音、高纹波抑制;
● 占用PCB板面积小(如手机、手持电子产品);
● 电路电源不允许使用电感器(如手机);
● 电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能;
● 要求稳压器低压降、自身低功耗;
● 线路要求低成本和简单方案;
此时,选用LDO是最确当、最实用、最方便、最经济的。

应用简介
LDO的应用电路十分方便简单,工作时仅需要二个作输入、输出电压退耦降噪的陶瓷电容器,见图 3。
Vin和Vout的输入和输出滤波电容器,应当选用宽范围的、低等效串联电阻(ESR)、低价陶瓷电容器,使LDO在零到满负荷的全部量程范围内稳压效果稳定。
一些LDO有一个Bypass附加脚,由它连接一个小的电容器,可以进一步降低噪音。
电容器的选择关系到设计产品的质量和成本,电容器的电容值、电介质材料类型、物理尺寸、等效串联电阻(ESR)等这些重要参数都是设计工程师所要考虑的。在LDO使用电路的设计中,陶瓷电容器是最好的选择,因为陶瓷电容器无极性和具有低的ESR,典型值<100mW,电容器的ESR对输出纹波有重大影响,而ESR受电容器的类型、容量、电介质材料和外壳尺寸影响,如常用的贴片电容器X7R 电介质是最好的,但使用成本略高,X5R 电介质较好,性能/价格比适宜,而Y5V电介质较差,但成本较低。
LDO在PCB板上的工艺走线十分重要,当工艺走线不良和靠近RF线时降噪性能会受影响。滤波电容器汇入地节点选择不良时,由负载返回地的电流中,噪音和纹波都会增加。在通常的布线设计中常常遇到此类情况(图 4)。如将此布线线路优化,则可在由负载返回地的电流中,噪音和纹波都降至最小(图 5)。理想的PCB板布线设计是接地点尽可能的粗短和走捷径,走线一定要考虑各个器件间的干扰和辐射,器件的合理排列可有利于有效地减少各个器件间的相互干扰和辐射,如图 6所示。
新一代的LDO都是用CMOS工艺生产的,它和使用Bipolar工艺生产的LDO功能上没有多大的区别,可是静态电流、压降、噪音和成本等的内在性能有很大的提高(表 1)。
LDO的应用电路如图 7所示,可供参考。

AATI LDO的优点
美国研诺逻辑科技有限公司(AATI)利用CMOS技术生产性能优秀的LDO,如适用于手机、手持通信产品的低噪音MicroPowerTM LDO AAT3215/150mA、AAT3236/300mA,具有高性能快速功率开关功能的AAT3218/150mA、AAT3238/300mA,具有POK功能的AAT3216/150mA、AAT3237/300mA;适用于PDA、eBook、DSC、手持电子产品的极低静态电流NanoPowerTM LDO AAT3220/21/22/150mA,具有POK功能的AAT3223/250mA。适用于AC/DC固定电源的OmniPowerTM LDO AAT3219/3200/3201/150mA。LDO的封装除了现有的SOT23的小封装外,还有AATI独创专利的宽体、J脚SC70JW超小尺寸封装,适用于表面贴装,在PCB板上所占空间很小,SC70JW封装使晶片占空比达42%,占用PCB面积仅4.2平方毫米,芯片抬起安装可利用空气受热自然流动散热和多3个脚接地可充分利用PCB板散热。■


图1 LDO 的分类与应用

图2 具有限流、使能、电源好的微型P沟道LDO

图3 LDO典型应用

图 4 通常的布线设计

图 5 优化的布线设计

图 6 理想的LDO PCB板设计实例


图 7 LDO的应用电路

博主
海纳百川乃大
海纳百川
海纳百川乃大,壁立千仞无欲则刚。 全力攻克GPS相关技术,希望大家支持,多多留言,多多讨论。   Mail:phoenixfire2000@163. com 如侵犯您的权益,请及时通知。
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