稳压芯片选择

电源IC选择指南电源引用类2008-08-1913:50:48阅读143评论0字号：大中小订阅转载自：电源是电子产品中一个组成部分，为了使电路性能稳定，往往还需要稳定电源。便携式电子产品采用电池供电，如何使稳压电源部分性能满足电路的要求、耗电省（能延长电池的寿命）、安全性好、占空间小、重量轻是设计便携式电子产品中一个重要任务。----近年来，各种便携式电子产品发展迅猛，特别是手持式计算机、移动通信装置、视频或音频产品、照相机、医疗仪器及测试仪器等发展更为神速，因此各半导体器件厂纷纷开发出各种适合便携式电子产品要求的新型电源IC，并给出各种典型应用电路，使电源设计工作变得较为简单，即电源设计工作是根据产品的要求来选择合适的电源IC。为了合理地选择电源IC，首先要了解各种电源IC及其特点。电源的分类及特点----根据不同的工作原理可将电源分成三类：线性稳压电源、开关稳压电源及电荷泵电源。它们各自都有一定的特点及适用范围，这里分别作一简介。线性稳压电源----线性稳压电源是因其内部调整管工作在线性范围而得名。一般认为线性稳压电源的输入电压与输出电压之间的电压差（一般称为压差）大，调整管上的损耗大，效率低。但近年来开发出各种低压差（LDO）的新型线性稳压器IC，一般可达到达输出100mA电流时，其压差在100mV左右的水平（甚至于到70-80mv的水平），某些小电流的低压差线性稳压器其压差仅几十毫伏。这样，调整管的损耗较小，效率也有较大的提高，因此可延长电池的寿命。另外，线性稳压电源外围元件最少、输出噪声最小、静态电流最小，价格也便宜。开关稳压电源----在便携式电子产品中，开关稳压电源主要指DC/DC变换器。由于器件中有一个工作在开关状态的晶体管（一般是MOSFET），故称为开关电源。开关管工作于饱和导通及截止两种状态，所以开关管管耗小并且与输入电压大小无关，效率较高（一般可达80～95%）。----DC/DC变换器IC可以组成升压式（VoutVin）、降压式（Voutvin）及电压反转式（vout=-vin），所以这一类电源ic在应用上较为灵活。在便携式电子产品中应用最广的是升压式dc/----大多数便携式电子产品的工作电流在300mA以下，所以很少用到降压式DC/DC变换器。降压式主要用于工作电流大于1A以上的场合，如笔记本式计算机等。----电压反转式DC/DC变换器的特点是可以获得负电压，并且可获得大于输入电压的负压，即|-VOUT|VIN。用电压反转器IC组成的负电压可输出较大的电流。便携式电子产品中采用电荷泵电路来获得负压更为简单，并且有带线性稳压输出的电荷泵IC，所以在便携式产品中电压反转式DC/DC变换器也很少用。电荷泵电源----关于电荷泵电源已在本刊2000年1期《电荷泵电压反转器满足便携式电子产品电源的需要》一文中介绍了，这里不再重复。便携式电源IC的特点----便携式电源IC种类繁多，它们的共同特点有：工作电压低----一般便携式的工作电压为3.0～3.6V。有一些工作电压更低，如2.0、2.5、2.7V等；也有一些工作电压为5V，还有少数12V或28V的特殊用途的电压源。工作电流不大----便携式电子产品范围极宽，从几毫安到几安都有，但大致可分为5类，如表1所示。----由于大多数便携式电子产品的工作电流小于300mA，所以30～300mA的电源IC在品种及数量上占较大的比例。封装尺寸小----近年来发展的便携式产品都采用贴片式器件，电源IC也不例外，主要有SO封装、SOT-23封装，μMAX封装及封装尺寸最小的SC-70及最新的SMD封装等，使电源占的空间越来越小。完善的保护措施----新型电源IC有完善的保护措施，这包括：输出过流限制、过热保护、短路保护及电池极性接反保护，使电源工作安全可靠，不易损坏。耗电小及关闭电源功能----新型电源IC的静态电流都较小，一般为几十μA到几百μA。个别微功耗的线性稳压器其静态电流仅1.1μA。另外，不少电源IC有关闭电源控制端功能（用电平来控制），在关闭电源状态时IC自身耗电在1μA左右。由于它可使一部分电路不工作，可大大节省电能。例如，在无线通信设备上，在发送状态时可关闭接收电路；在未接收到信号时可关闭显示电路等。有电源工作状态信号输出----不少便携式电子产品中有单片机，在电源因过热或电池低电压而使输出电压下降一定百分数时，电源IC有一个电源工作状态信号输给单片机，使单片机复位。利用这个信号也可以做成电源工作状态指示（当电池低电压时，有LED显示）。输出电压精度高----一般的输出电压精度为±2～4%之间，有不少新型电源IC的精度可达±0.5～±1%；并且输出电压温度系数较小，一般为±0.3～±0.5mV/℃，而有一些可达到±0.1mV/℃的水平。线性调整率一般为0.05%～0.1%/V，有的可达0.01%/V；负载调整率一般为0.3～0.5%/mA，有的可达0.01%/mA。新型组合式电源IC----升压式DC/DC变换器的效率高但纹波及噪声电压较大，低压差线性稳压器效率低但噪声最小，这两者结合组成的双输出电源IC可较好地解决效率及噪声的问题。例如，数字电路部分采用升压式DC/DC变换器电源而对噪声敏感的电路采用LDO电源。这种电源IC有MAX710/711，MAX1705/1706等。另一种例子是电荷泵+LDO组成，输出稳压的电荷泵电源IC，例如MAX868，它可输出0～-2VIN可调的稳定电压，并可提供30mA电流；MAX1673稳压型电荷泵电源IC输出与VIN相同的负压，输出电流可达125mA。电源IC选择指南----选择电源IC不仅仅要考虑满足电路性能的要求及可靠性，还要考虑它的体积、重量、延长电池寿命及成本等问题。这里给出一些选择基本原则，供参考。优先考虑升压式DC/DC变换器----采用升压式DC/DC变换器不仅效率高并且可减少电池数（减小整个电源体积及重量）。例如MAX1674/1675高效率、低功耗升压式DC/DC变换器IC，其静态电流仅16μA，在输出200mA时效率可达94%，在关闭电源时耗电仅0.1μA，并可选择电流限制来降低纹波电压。采用LDO的最佳条件----当要求输出电压中纹波、噪声特别小的场合，输入输出电压差不大，输出电流不大于100mA时采用微功耗、低压差（LDO）线性稳压器是最合适的。例如，采用3节镍镉、镍氢电池或采用1节锂离子电池，输出3.0～3.3V电压，工作电流小于100mA时，电池寿命较长，并且有较高的效率。例如采用超微功耗线性稳压器BAW03A～06A，其静态电流仅1.1μA，输出电压有3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、4.0、4.2、4.3、4.5、5.0、5.8、6.0V，可供用户选择，输出电流30mA～50mA。MAX8867/8868输出噪声为30μVrms。而另一种低功耗、低压差LDO器件GMT7250，其静态电流180μA，输出100mA时压差小于85mV。该器件温度稳定性好，典型值为31ppm/℃，并且有电源工作状态信号输出及关闭电源控制。该器件有固定电压输出：3.3V、4.85V、5.0V三种，并且可外接两电阻来设定输出电压，输出电压范围为1.2～9.75V，输出电流可达250mA，适合大多数便携式产品应用。需负电源时尽量采用电荷泵----便携式仪器中往往需要负电源，由于所需电流不大，采用电荷泵IC组成电压反转电路最为简单，若要求噪声小或要求输出稳压时，可采用带LDO线性稳压器的电荷泵IC。例如，MAX1680/1681，输出电流可达125mA，采用1MHz开关频率，仅需外接两个1μF小电容，输出阻抗3.5Ω，有关闭电源控制（关闭时耗电仅1μA），并可组成倍压电路。另一种带稳压输出的电荷泵ICMAX868，它输出可调（0～-2×VIN），外接两个0.1μF电容，消耗35μA电源电流，可输出30mA稳压的电流，有关闭电源控制功能（关闭时耗电仅0.1μA），小尺寸μMAX封装。不要追求高精度、功能全的最新器件----电源IC的精度一般为±2%～±4%，精度高的可达±0.5%～±1%，要根据电路的要求选择合适的精度，这样可降低生产成本。功能较全的器件价格较高，所以无需关闭电源功能的或产品中无微处理器（μP）或微控制器（μC）的则无需选择带关闭电源功能或输出电源工作状态信号的器件，这样不仅可降低成本，并且尺寸更小。不要“大马拉小车”----电源IC最主要的三个参数是，输入电压VIN、输出电压Vo及最大输出电流Iomax。根据产品的工作电流来选择：较合适的是工作电流最大值为电源IC最大输出电流Iomax的70～90%。例如最大输出电流Iomax为1A的升压式DC/DC变换器IC可用于工作电流700～900mA的场合，而工作于20～30mA时，其效率则较低。如果产品有轻负载或重负载时，最好选择PFM/PWM自动转换升压式DC/DC变换器，这不仅在轻负载时采用PFM方式耗电较小，正常负载时为PWM方式，而且效率也高。这种电源IC有TC120、MAX1205/1706等。输出电流大时应采用降压式DC/DC变换器----便携式电子产品大部分工作电流在300mA以下，并且大部分采用5#镍镉、镍氢电池，若采用1～2节电池，升压到3.3V或5V并要求输出500mA以上电流时，电池寿命不长或两次充电间隔时间太短，使用不便。这时采用降压式DC/DC变换器，其效率与升压式差不多，但电池的寿命或充电间隔时间要长得多。DC/DC变换器中L、C、D的选择----电感L、输出电容C及续流二极管或隔离二极管D的选择十分重要。电感L要满足在开关电流峰值时不饱和（开关峰值电流要大于输出电流3～4倍），并且要选择合适的磁芯以满足开关频率的要求及选择直流电阻小的以减少损耗。电容应选择等效串联电阻小的电解电容（LOWESR），这可降低输出纹波电压，采用三洋公司的有机半导体铝固体电解电容（一般为几十～几百毫欧）有较好效果。二极管必须采用肖特基二极管，并且要以满足大于峰值电流为要求。。关于LDO与DC/DC的选择问题问：当电池电压为4～6.6V时，欲输出3V给MCU，用LDO好呢还是采用DC/DC？因产品要求，实际上为两部分供电，MCU出于省电考虑尽量用低电压，而外设需要5V以上电压比较理想。因为是电池供电，所以对功耗挺敏感的，MCU的工作电流也就几个mA。这种情况是LDO效率高还是DC/DC高呢？看上去压差这么高，似乎DC/DC效率高些，但我的负载电流很小阿，用LDO可以吗？答：这是一个有趣的问题，几乎每个论点都站的住脚。我也谈谈自己的观点：首先，选择LDO需要考虑的基本问题，包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围以及其封装的功耗能力。此外，接地电流或静态电流(IGND或IQ)、电源波纹抑止比(PSRR)、噪声与封装大小通常也是LDO选择的必要因素。其次，输入输出电压差的问题。该电压差是LDO最重要的参数之一。在保证输出电压稳定的前提下，该电压差越低，稳压器的性能越好。反之，当确定LDO能够提供预期输出电压时，需要进一步考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即VINVOUT+VDROPOUT。如果VIN降低至必需的电压以下，则我们说LDO出现“压降”，输出等于输入减去旁路组件的RDS(on)乘以负载电流。LDO的最大优势就是：满载的跌落压降一般小于500mV。轻载时的压降只有10到20mV。再次，静态电流。电池供电时，为最大化电池的运行时间，应选择相对于负载电流来说IQ较低的LDO。例如，考虑到IQ只增加0.02％的微不足道的电池消耗，在100mA负载情况下，一般采用200μA的IQ比较合理。最后，输出电容器的问题。典型的LDO应用时，需要添加外部输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的LDO，可以降低尺寸与成本，另外某些情形甚至可取消这些组件。一般地，选用较低ESR的电容器可