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選擇電源芯片的時候,應(yīng)該考慮那些地方?

電子芯期天 ? 來源:電子芯期天 ? 作者:電子芯期天 ? 2022-04-21 09:06 ? 次閱讀

一、前言

什么是電源芯片?它有什么作用?在選擇電源芯片的時候,應(yīng)該考慮那些地方?輸入電壓線性調(diào)整率、輸入電壓線性變化時對輸出電壓的相對影響?下面先來了解幾個概念問題:

1、輸出電壓負載調(diào)整率:負載電流變化時輸出電壓相對變化情況

2、輸出電壓精度:器件輸出電壓的誤差范圍

3、負載瞬態(tài)響應(yīng):負載電流從一個小值到最大流快速變化時,輸出電壓的波動。

4、電源芯片選擇DC/DC還是LDO?

這個取決于你的應(yīng)用場合。比如用在升壓場合,當然只能用DC/DC,因為LDO是壓降型,不能升壓。

另外看下各自的主要特點:

DC/DC:效率高,噪聲大;

LDO:噪聲低,靜態(tài)電流小;

所以如果是用在壓降比較大的情況下,選擇DC/DC,因為其效率高,而LDO會因為壓降大而自身損耗很大部分效率;

如果壓降比較小,選擇LDO,因為其噪聲低,電源干凈,而且外圍電路簡單,成本低。

LDO是lowdropoutregulator,意為低壓差線性穩(wěn)壓器,是相對于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來說的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉(zhuǎn)3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉(zhuǎn)換芯片。

LDO線性降壓芯片:原理相當于一個電阻分壓來實現(xiàn)降壓,能量損耗大,降下的電壓轉(zhuǎn)化成了熱量,降壓的壓差和負載電流越大,芯片發(fā)熱越明顯。這類芯片的封裝比較大,便于散熱。

LDO線性降壓芯片如:2596,L78系列等。

DC/DC降壓芯片:在降壓過程中能量損耗比較小,芯片發(fā)熱不明顯。芯片封裝比較小,能實現(xiàn)PWM數(shù)字控制。

DC/DC降壓芯片如:TPS5430/31,TPS75003,MAX1599/61,TPS61040/41

LDO是lowdropoutregulator,意為低壓差線性穩(wěn)壓器,是相對于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來說的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器,如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上,否則就不能正常工作。

但是在一些情況下,這樣的條件顯然是太苛刻了,如5v轉(zhuǎn)3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v,顯然是不滿足條件的。針對這種情況,才有了LDO類的電源轉(zhuǎn)換芯片。生產(chǎn)LDO芯片的公司很多,常見的有ALPHA,Linear(LT),Micrel,Nationalsemiconductor,TI等。

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二、什么是LDO(低壓降)穩(wěn)壓器?

LDO是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或FET,從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓,產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下100mV之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。

正輸出電壓的LDO(低壓降)穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設(shè)備)作為PNP。這種晶體管允許飽和,所以穩(wěn)壓器可以有一個非常低的壓降電壓,通常為200mV左右;與之相比,使用NPN復合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為2V左右。負輸出LDO使用NPN作為它的傳遞設(shè)備,其運行模式與正輸出LDO的PNP設(shè)備類似。

更新的發(fā)展使用CMOS功率晶體管,它能夠提供最低的壓降電壓。使用CMOS,通過穩(wěn)壓器的唯一電壓壓降是電源設(shè)備負載電流的ON電阻造成的。如果負載較小,這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉(zhuǎn)換),只要符合這個定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器,包括LDO。但是一般的說法是把直流變(到)直流由開關(guān)方式實現(xiàn)的器件叫DCDC。

LDO是低壓降的意思,這有一段說明:低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器的成本低,噪音低,靜態(tài)電流小,這些是它的突出優(yōu)點。它需要的外接元件也很少,通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩(wěn)壓器可達到以下指標:輸出噪聲30μV,PSRR為60dB,靜態(tài)電流6μA,電壓降只有100mV。

LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達到這個水平,主要原因在于其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET,而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅(qū)動的,不需要電流,所以大大降低了器件本身消耗的電流;另一方面,采用PNP晶體管的電路中,為了防止PNP晶體管進入飽和狀態(tài)而降低輸出能力,輸入和輸出之間的電壓降不可以太低;而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。由於MOSFET的導通電阻很小,因而它上面的電壓降非常低。

如果輸入電壓和輸出電壓很接近,最好是選用LDO穩(wěn)壓器,可達到很高的效率。所以,在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用,LDO穩(wěn)壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長,同時噪音較低。

如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近,就要考慮用開關(guān)型的DCDC了,因為從上面的原理可以知道,LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的,如果壓降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。

DC-DC轉(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高,許多新型DC-DC轉(zhuǎn)換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是,這類電源控制器的輸出脈動和開關(guān)噪音較大、成本相對較高。

近幾年來,隨著半導體技術(shù)的發(fā)展,表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低,體積越來越小。由於出現(xiàn)了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次,對于中小功率的應(yīng)用,可以使用成本低小型封裝。另外,如果開關(guān)頻率提高到1MHz,還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能,如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

總的來說,升壓是一定要選DCDC的,降壓,是選擇DC-DC還是LDO,要在成本,效率,噪聲和性能上比較。

LDO體積小,干擾較小,當輸入與輸出電壓差較大的化,轉(zhuǎn)換效率低。

DC-DC好處就是轉(zhuǎn)換效率高,可以大電流,但輸出干擾較大,體積也相對較大。

LDO一般是指線性的穩(wěn)壓器--LowDropOut,而DC/DC則是線性式和開關(guān)式穩(wěn)壓器的總稱。

如果你的輸出電流不是很大(如3A以內(nèi)),而且輸入輸出壓差也不大(如3.3V轉(zhuǎn)2.5V等)就可以使用LDO的穩(wěn)壓器(優(yōu)點是輸出電壓的ripple很小)。否則最好用開關(guān)式的穩(wěn)壓器,如果是升壓,也只能用開關(guān)式穩(wěn)壓器(如果ripple控制不好,容易影響系統(tǒng)工作)。

三、LDO的選擇

當所設(shè)計的電路對分路電源有以下要求:

1、高的噪音和紋波抑制;

2、占用PCB板面積小,如手機等手持電子產(chǎn)品;

3、電路電源不允許使用電感器,如手機;

4、電源需要具有瞬時校準和輸出狀態(tài)自檢功能;

5、要求穩(wěn)壓器低壓降,自身功耗低;

6、要求線路成本低和方案簡單;

此時,選用LDO是最恰當?shù)倪x擇,同時滿足產(chǎn)品設(shè)計的各種要求。以上就是電源芯片的選擇方法,希望能給大家?guī)椭枰蠹以谠O(shè)計的時候,根據(jù)項目的不同來選擇。

審核編輯 :李倩

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原文標題:如何才能選擇合適的電源芯片?你會嗎?

文章出處:【微信號:Elec-sunday,微信公眾號:電子芯期天】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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