低壓差線性穩(wěn)壓器在開關電源中解決方案

　　目前，由于國內微電子技術、阻容器件生產技術以及磁性材料技術與一些技術先進國家還有一定的差距，因而造價不能進一步降低，也影響到可靠性的進一步提高。所以在我國的電子儀器以及機電一體化儀器中，開關穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對于無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關管、開關變壓器的磁芯材料等器件，在我國還處于研究、開發(fā)階段。在一些技術先進國家，開關穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應用中也還存在一些問題，不能十分令人滿意。這暴露出開關穩(wěn)壓電源的又一個缺點，那就是電路結構復雜，故障率高，維修麻煩。對此，如果設計者和制造者不予以充分重視，則它將直接影響到開關穩(wěn)壓電源的推廣應用。當今，開關穩(wěn)壓電源推廣應用比較困難的主要原因就是它的制作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高。

　　LDO簡介

　　LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，它通常具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比(PSRR，Power Supply Rejection Ratio )。

　　LDO低壓差線性穩(wěn)壓器的結構如圖2主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調整元件、基準源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡和保護電路等。基本工作原理是：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，恒流源電路給整個電路提供偏置，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當輸出即將達到規(guī)定值時，由反饋網(wǎng)絡得到的輸出反饋電壓也接近于基準電壓值；此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電壓之間的誤差小信號進行放大，再經調整管放大到輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即Vout=(R1+R2)/R2 × Vref。

　　實際的低壓差線性穩(wěn)壓器還具有如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等其它的功能。

　　LDO應用于開關電源

　　目前大多IC設計產商生產的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)典型封裝都是SOT23-5和SOT23-3，如圣邦微電子的SGM2007，SGM2013。

　　目前市場上出售的開關電源中采用雙極性晶體管制成的開關頻率100kHz，用MOS-FET制成的開關頻率500kHz電源。開關電源的突出缺點是產生較強的EMI。EMI信號既具有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經傳導和輻射會污染電磁環(huán)境，對通信設備和電子產品造成干擾。如果處理不當，開關電源本身就會變成一個干擾源。當用開關電源做為LDO的輸入VIN時要注意LDO電源抑制比和功耗。

　　電源抑制比 (PSRR，Power supply ripple rejection ratio)是反應LDO輸出對輸入紋波抑制能力的一個交流參數(shù)，一般輸出和輸入的頻率是一樣的，PSRR的值越大說明LDO的紋波能力越強，也就是說輸入對輸出的影響很小。盡管LDO的電源抑制比很強，但都是在一定頻率內的抑制很強，一般的在50KHz到200kHz的電源抑制比還是很差的如圖4為SGM2007的PSRR和頻率曲線，而這段頻率正是大多數(shù)開關電源的工作頻率，如果LDO的負載和輸入輸出電容匹配不好，很容易引起LDO振蕩。而造成整個LDO供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

　　目前市場上出售的開關電源大多數(shù)都是固定電壓輸出的，一般常用都是5V輸出的，而一般的LDO應用最多的是3.3V輸出的，在開關電源的輸出做為LDO的輸入時，就存在一個很大的壓差，為1.7V。如果LDO電流很大的話如200mA，那么芯片的溫度就會很高，功耗很大，長時間工作在高溫的情況下，會影響芯片的工作壽命。

　　低壓差線性穩(wěn)壓器功耗主要是輸入電壓，輸出電壓以及輸出電流的函數(shù)。下列方程式可用來計算最惡劣情況下的功耗：

　　PD=(VINMAX-VOUTMIN)ILMAX。其中:PD = 最惡劣情況下的實際功耗，VINMAX = VIN 腳上的最大電壓，VOUTMIN=穩(wěn)壓器輸出的最小電壓，ILMAX=最大(負載) 輸出電流。

　　最大允許功耗(PDMAX) 是最大環(huán)境溫度(TAMAX), 最大允許結溫(TJMAX) (+125℃) 和結點到空氣間熱阻(qJA) 的函數(shù)。對于安裝在典型雙層FR4 電解銅鍍層PCB板上的5引腳SOT-23封裝器件，其(qJA)約為250℃/Watt。

　　PDMAX=(TAMAX- TJMAX)/ qJA

　　VINMAX=3.0V+10%，VOUTMIN=2.7V-2.5%，ILOADMAX=40mA，TJMAX= +125℃，TAMAX = +55℃

　　實際功耗PD=26.7mW，最大允許功耗: PDMAX=280mW。

　　結語

　　當開關電源做為低壓差線性穩(wěn)壓器輸入時，一定要注意開關電源的紋波，開關頻率對LDO的影響，及LDO負載電容的匹配，不要超過最大功耗，以影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。