一款效率高達80%且功率損耗不足1W的3A、1.2VOUT 線性穩(wěn)壓器(07-100)

　　第二種規(guī)格為VBIAS壓降，該規(guī)格的壓降專門針對那些希望將IN和BIAS引腳綁定在一起的用戶。這樣就可以在沒有輔助偏置電壓或不需要較低壓降的應用中使用該器件。因為VBIAS要為旁路FET提供柵極驅(qū)動，所以VBIAS必須比VOUT高1.4V，同時壓降受限于應用中所使用的BIAS。例如，TPS74201 可以提供一個由具有 3.3V/5V=66%效率的5V電源軌產(chǎn)生的3.3V、1.0A軟啟動電源(稍后討論)，并且功耗為(5V-3.3V)×1.0A=1.7W。

　　穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應

　　由于輸出電容會產(chǎn)生一個控制環(huán)路極點和在負載情況下的阻抗以及基于輸出電流的頻率位置的變化，到目前為止，線性穩(wěn)壓器環(huán)路穩(wěn)定性對模擬 IC 設計人員而言還是一個難題。與相同級別的共源結(jié)構(gòu)的 PMOS 穩(wěn)壓器相比，帶有 NMOS 旁路元件的源極跟隨器結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓器的輸出阻抗要更低，因此該穩(wěn)壓器比較容易進行功率補償。這意味著，NMOS 穩(wěn)壓器的動極點 (moving pole) 頻率要高于同等級別的 PMOS 穩(wěn)壓器，也要遠遠高于內(nèi)部誤差放大器的極點頻率。為確保穩(wěn)定性，比較傳統(tǒng)的方法是在低頻下逐步減少控制環(huán)路的響應，從而減少瞬態(tài)響應，或者用一個零極點與動極點相抵消，該零極點由一定數(shù)量的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 組成的輸出電容產(chǎn)生。通過使用具有專利的反饋控制拓撲，配置為VBIAS=3.3V，VIN =1.8V和VOUT=1.5V的 TPS74x01 系列產(chǎn)品，可以實現(xiàn)無輸出電容的情況下較快的瞬態(tài)響應(見圖 2)，同時在設置有 ESR 這種較大電容的情況下仍然保持穩(wěn)定。負載瞬態(tài)響應之后并沒有輸出電壓振鈴，這表明穩(wěn)壓器在沒有輸出電容的情況下非常穩(wěn)定。

　　由于 TPS74x01 系列產(chǎn)品在沒有輸出電容的情況下比較穩(wěn)定，同時瞬態(tài)響應比較快，因此有足夠的用于欠功率器件的局部旁路電容來滿足大多數(shù) FPGA 和 DSP 的瞬態(tài)響應需求。由于不再需要用于電源軌的多聯(lián)大型電容器，從而降低了解決方案的總成本。

　　軟啟動和排序

　　大多數(shù)傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器啟動較快，這是因為反饋環(huán)路可以感應低輸出電壓，并開啟旁路 FET。在一些應用中，快速啟動是必要的，但是這樣的快速啟動會導致達到器件電流極限值的高浪涌電流，從而使輸出電容器充電。該高電流可能會破壞輸入電源總線，并且會導致一些系統(tǒng)級問題。一個線性和單調(diào)軟啟動可以減少浪涌電流峰值，并且使啟動瞬變量最小化，這些效果均可在輸入電源總線上觀察到。TPS74201 和 TPS74401 誤差放大器會一直跟蹤外部軟啟動電容器的電壓斜坡，直到該電容器電壓高出內(nèi)部參考電壓，這樣就可實現(xiàn)一個線性和單調(diào)性的軟啟動。軟啟動斜坡時間取決于軟啟動充電電流 (ISS)、軟啟動電容 (CSS) 和內(nèi)部參考電壓 (VREF)，其可以用以下公式計算得出：

　　需要注意的是，由于軟啟動是壓控的，所以啟動不依賴于輸出負載。

　　TPS74301 版本采用 TRACK 引腳，而不是 SS 引腳。如圖 3 所示，在一個連接至 TRACK 的外部電源，使用一個電阻器分壓器中心抽頭 (center tap)，TPS74301 的輸出電壓會跟蹤外部電源直到 TRACK 電壓達到 0.8V。可以利用該特性進行同時或比例排序操作。在內(nèi)核和許多處理器的輸入/輸出功率和/或管理高度集成的上電復位電路的引腳之間，會出現(xiàn) ESD 結(jié)構(gòu)應力，而以上操作對于減少該應力有較大幫助。通過綁定集成 PG 信號到跟隨電源的 EN 引腳，所有 TPS74x01 系列產(chǎn)品均可輕松地進行連續(xù)排序操作。

　　結(jié)論

　　TPS74x01 系列產(chǎn)品均帶有一個雙輸入軌和低壓差電源，該系列產(chǎn)品使線性穩(wěn)壓器比開關(guān)穩(wěn)壓器更具吸引力，能夠減小電路板的尺寸并降低成本，還可以高效地提供許多較低電壓和更高輸出電流的電源軌。該系列產(chǎn)品還擁有其他的一些特性，包括可控軟啟動、跟蹤和集成 PG，可以處理過去一直困擾線性穩(wěn)壓器的啟動問題。并且，在快速瞬態(tài)響應中，可以使輸出電容器的總數(shù)量最少化，您會得到一個近乎理想化的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。