【導(dǎo)讀】在整個電子產(chǎn)品設(shè)計中,電源部分是整個產(chǎn)品正常運行發(fā)揮最佳性能的基礎(chǔ)。一個復(fù)雜的電源系統(tǒng),會經(jīng)過多種電壓之間的轉(zhuǎn)換,在我們初始設(shè)計時會比較關(guān)心輸入電壓范圍,輸出電壓值和輸出電流最大是多少,但是否只需要了解這些參數(shù)就夠了呢,顯然不是。
在整個電子產(chǎn)品設(shè)計中,電源部分是整個產(chǎn)品正常運行發(fā)揮最佳性能的基礎(chǔ)。一個復(fù)雜的電源系統(tǒng),會經(jīng)過多種電壓之間的轉(zhuǎn)換,在我們初始設(shè)計時會比較關(guān)心輸入電壓范圍,輸出電壓值和輸出電流最大是多少,但是否只需要了解這些參數(shù)就夠了呢,顯然不是。
在模擬電路采樣中我們會比較關(guān)心電源輸出紋波和噪聲指標(biāo);在數(shù)字電路中并發(fā)式或突發(fā)式電流突變時電壓波動幅度的變化,我們又會關(guān)注瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo);在低功耗手持設(shè)備中我們會關(guān)心靜態(tài)電流,轉(zhuǎn)換效率指標(biāo),進而要考慮功率耗散和溫升,TJ,封裝等一系列問題,甚至在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中我們還會關(guān)注powergood,反接短路保護,EMI/EMC,上下電跟蹤及時序等。
在芯片系列中有線性穩(wěn)壓器(LDO)和開關(guān)電源(DC/DC)。LDO看似簡單,實際非常重要。例如,將負(fù)載與不干凈的電源隔離或者構(gòu)建低噪聲電源來為敏感電路供電。LDO電路簡單,只能做降壓,低紋波噪聲,快速瞬態(tài)響應(yīng)。
LDO關(guān)鍵性能參數(shù)
最小壓差
即輸入與輸出之間能夠維持正常工作的最小壓差。VIN=VOUT+Vdropout。芯片的的設(shè)計工藝和結(jié)構(gòu)不同,壓差不同;電流增加溫度升高壓降也會增大。
2. 輸入電壓
我們需要考慮輸入電壓的最高瞬態(tài)值和浪涌電壓來選,通常按照找2倍以上耐壓值取較安全。
3. 輸出電流
實際輸出能力與壓差和電流有關(guān),手冊中給表示的理想狀態(tài)。實際的輸出能力和壓差及電流相關(guān)。大的輸出電流值散熱問題越嚴(yán)重,如果是大電流的應(yīng)用盡量使用開關(guān)電源。
4. 熱阻參數(shù)
TJMAX:芯片內(nèi)核正常工作的最高參數(shù),該值越高內(nèi)核耐熱性越好,其中?JA和?JC越小越好。
在使用中要確保芯片的內(nèi)核溫度TJ不會超過芯片標(biāo)定的正常運行最大結(jié)溫。元器件結(jié)溫計算:TJ=TA+θJA·PH。
5. 紋波/噪聲
PSRR衡量電路抑制電源輸入端出現(xiàn)的外來信號(噪聲和紋波),使這些干擾信號不至于破壞電路輸出的能力。在實際場景中越是低頻的噪聲越難抑制。在100 kHz 至 1 MHz 范圍內(nèi)的電源抑制非常重要,因為 LDO 經(jīng)常跟高效的開關(guān)電源配合使用來為敏感的模擬電路供電。
6. 瞬態(tài)響應(yīng)
瞬態(tài)響應(yīng)是指電流階躍變化時的輸出電壓變化。它與電容,控制環(huán)路的增益帶寬和負(fù)載電流變化的大小和速率有關(guān)。
它是電源穩(wěn)定性很重要的參數(shù),不合適可能會導(dǎo)致系統(tǒng)偶發(fā)復(fù)位等現(xiàn)象。
注意事項:LDO的輸出和輸入電容類型和值要選對,否則可能會出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。
LDO的結(jié)構(gòu)趨勢
ADI 基于電流基準(zhǔn)構(gòu)架的LT3042、LT3045和LT3094系列產(chǎn)品在節(jié)省時間和成本的同時提高應(yīng)用的性能。相比舊的構(gòu)架極大的改善了電壓調(diào)節(jié)能力和瞬態(tài)響應(yīng)。它們的噪聲和PSRR性能不受輸出電壓的影響。
此外,多個器件可以直接并聯(lián),以進一步降低輸出噪聲,增加輸出電流,并可在PCB上散熱。
LDO 看似簡單實則非常重要,想要運用LDO的最佳性能,需要綜合考慮多種因素。工程師需要了解基本術(shù)語后,有效地使用數(shù)據(jù)手冊信息來確定對于設(shè)計而言最為重要的參數(shù)。
(來源:Cadence楷登PCB及封裝資源中心微信公眾號)
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