如何選擇低壓降穩(wěn)壓器
加入技術(shù)交流群
可攜式產(chǎn)品在基本要求之外還有更多考慮因素
選擇低壓降線性穩(wěn)壓器 (LDO) 時，基本考慮包括輸入電壓范圍、要求的輸出電壓、負載電流范圍和組件封裝的散熱能力，然而可攜式應用卻必須考慮更多因素，例如接地或靜態(tài)電流 (IGND或IQ)、電源漣波拒斥比 (PSRR)、噪聲以及封裝體積，可攜式應用常會根據(jù)這些因素選擇最適當?shù)牡蛪航捣€(wěn)壓器。
輸入、輸出和最小電壓差 (dropout voltage)
選擇低壓差穩(wěn)壓器時，必須確定電源電壓在穩(wěn)壓器的輸入范圍，下表是可攜式設備的常用電池以及它們的電壓范圍。
判斷穩(wěn)壓器能否提供所需輸出電壓時，必須將穩(wěn)壓電路所要求的「最小電壓差」(dropout voltage) 列入考慮；輸入電壓必須大于目標輸出電壓以及最小電壓差額定值的總和，也就是VIN > VOUT + VDROPOUT，若VIN降至此電壓以下，穩(wěn)壓器將失去穩(wěn)壓功能，輸出電壓也會隨著輸入電壓而改變，其值等于輸入電壓減掉導通組件的RDS(on)乘上負載電流。
值得注意的是，當輸入電壓不能滿足「最小電壓差」要求時，穩(wěn)壓器效能也會改變，此時推動導通組件的誤差放大器會進入完全導通狀態(tài)，使得回路增益為零，這表示輸入電源和負載的穩(wěn)壓能力會變得很差，電源供應拒斥比也將大幅下降。
選擇以固定電壓方式提供所需輸出電壓的低壓降穩(wěn)壓器，以便省下外接電阻分壓器的成本和空間，這些電阻分壓器主要用來設定可調(diào)整式組件的輸出電壓。某些可調(diào)整式穩(wěn)壓器還能將輸出連接至回授接腳，讓輸出電壓等于內(nèi)部參考電壓，其值通常在1.2 V左右。請向制造商確認其產(chǎn)品是否支持這項功能。
電池種類電壓范圍
鋰離子／鋰聚合物2.7至4.2 V (3.6 V額定值)
鎳氫／鎳鎘0.9至1.5 V (1.2 V額定值)
AA/AAA0.9至1.5 V (1.5 V額定值)
封裝及功耗散逸
可攜式應用的零件放置空間必然受限，因此解決方案的體積就顯得相當重要。直接采用裸晶?？蓪Ⅲw積減至最小，但卻無法采用封裝技術(shù)所帶來的優(yōu)點，例如機構(gòu)保護能力和符合產(chǎn)業(yè)標準，而現(xiàn)有的組件組裝設施也不容易處理這些裸晶粒。芯片級封裝 (CSP) 不但提供裸晶粒的體積優(yōu)點，還能帶來封裝的許多好處。
在無線手機市場需求帶動下，芯片級封裝產(chǎn)品的供應日益廣泛，例如TI預計在9月推出的200 mA射頻低壓差穩(wěn)壓器就采用0.84 x 1.348厘米的芯片級封裝 (圖1)，它所使用的先進封裝技術(shù)使得組件組裝更容易，還提供很高的電路板層級可靠性。
圖1：采用芯片級封裝的低壓降穩(wěn)壓器擁有裸晶粒的體積優(yōu)點，并能享受封裝帶來的許多好處，圖中是它與SOT-23及SC-70封裝的比較
? 3厘米的SOT-23、超小型的2.13 ?其它小型封裝包括應用廣泛的3 2.3厘米SC-70以及厚度低于1厘米的ThinSOT和QFN封裝。QFN封裝底部采用散熱焊墊，它能在組件和電路板之間形成有效的散熱接面，使得這種封裝擁有更良好的散熱能力。
設計時必須注意不可超過封裝的最大功耗散逸能力，我們可利用PDISSIPATION = (VIN-VOUT) / (IOUT + IQ) 來計算功耗散逸；通常封裝越小，散熱能力也越差，但也有例外，例如QFN封裝的散熱能力就很接近體積1.5至2倍的許多其它封裝。
低壓降穩(wěn)壓器的電路拓樸和靜態(tài)電流
要將電池的供電時間延至最長，最好選擇靜態(tài)電流IQ比負載電流小很多的穩(wěn)壓器，例如若負載電流為100 mA，則200 μA的靜態(tài)電流是合理選擇，此時IQ只會使得電池漏電流增加0.02%，可說是微不足道。
在某些情形下，受到電池放電特性的影響，低壓差穩(wěn)壓器所需的「最小電壓差」可能成為電池壽命的主導因素，例如堿性電池的放電曲線較平緩，因此當其電壓下降至無法滿足穩(wěn)壓器的「最小電壓差」要求時，其電池剩下的電力常會超過同樣情形的鎳氫電池。設計人員必須在IQ和最小電壓差之間做出取舍，使得電池在供電期間能盡量利用它所儲存的電力；換言之，較小的IQ并不一定代表較長的電池壽命。
IQ在雙極電路拓樸中的特性也值得注意，它不僅會隨著負載電流大幅改變，穩(wěn)壓器因為輸入電壓過低而失去穩(wěn)壓功能時，IQ也會增加。
另外，還要注意IQ在規(guī)格表中的指定方式，有些組件只列出室溫下的IQ值，或是只有一條典型曲線，代表IQ與溫度之間的關(guān)系；這種方式雖然也有好處，對于最大靜態(tài)電流卻沒有任何保證。如果IQ對于應用很重要，選擇組件時最好確保它在所有負載、溫度和制程變異條件下都能符合要求，并且使用MOS類型的導通組件。
輸出電容
典型的低壓差穩(wěn)壓器應用需要外接輸入和輸出電容，設計人員可以選擇對于電容穩(wěn)定性沒有任何要求的低壓差穩(wěn)壓器，以便將體積和成本減至最少，或是徹底省下這些零件。值得注意的是，通常電容的電容值越大及等效串聯(lián)阻抗 (ESR) 越小，即可提供更高的電源拒斥比、更低的噪聲以及更良好的瞬時響應能力。
陶瓷電容通常較受歡迎，因為它們的成本低，故障時會變成開路；鉭質(zhì)電容成本較高，故障時則會變成短路。輸出電容的等效串聯(lián)阻抗會影響電路穩(wěn)定性，陶瓷電容的等效串聯(lián)阻抗較小，約為數(shù)十毫奧姆，鉭質(zhì)電容的等效串聯(lián)阻抗則在數(shù)百毫奧姆左右。許多鉭質(zhì)電容的等效串聯(lián)阻抗還會隨著溫度大幅改變，進而對穩(wěn)壓器的工作效能造成負面影響。陶瓷電容可用來取代鉭質(zhì)電容，只要在電容和地線之間加上一顆溫度穩(wěn)定性良好的適當電阻 (通常為200 mA。請與穩(wěn)壓組件制造商聯(lián)絡，確保得到正確的電路設計。
射頻和音訊應用
最后，讓我們考慮可攜式應用中某些特殊電路的電源需求。
射頻電路包含低噪聲放大器、升頻／降頻轉(zhuǎn)換器、混波器、鎖相回路、壓控振蕩器、中頻放大器以及功率放大器，因此需要低噪聲和高電源拒斥比的低壓降穩(wěn)壓器?，F(xiàn)代發(fā)射機和接收機電路的設計都非常小心，確保它們能提供很低的噪聲和良好的線性能力。
電源噪聲可能造成壓控振蕩器的相位噪聲增加，并隨之進入發(fā)射放大器和接收放大器。由于W-CDMA之類的現(xiàn)有手機技術(shù)對于頻譜再生 (spectral regrowth) 以及相鄰通道功率要求都很嚴格，因此就算只有很少的電源噪聲進入放大器的基極／閘極或是集極／汲極的電源供應，也可能造成相鄰信道噪聲或假訊號 (spurious signal)。
包括行動電話、MP3、游戲和多媒體PDA等應用在內(nèi)，許多可攜式設備的音訊功能可能需要300至500 mA電流的低壓降穩(wěn)壓器，為了提供良好的音質(zhì)，這顆低壓降穩(wěn)壓器在音頻范圍 (20 Hz至20 kHz) 的噪聲必須很小，同時提供很高的電源拒斥比。
評論