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電源設(shè)計(jì)新手必備!LDO規(guī)格書(shū)看不懂不怕

發(fā)布時(shí)間:2014-12-11 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】對(duì)于很多新手來(lái)說(shuō),尋找一些資料來(lái)閱讀并進(jìn)行分析,是比較有效率的一種學(xué)習(xí)方法,但不一定容易。。本篇文章針對(duì)新手,將LDO規(guī)格書(shū)當(dāng)中的一些概念進(jìn)行了解釋?zhuān)瑤椭蠹腋玫膹腖DO規(guī)格書(shū)學(xué)到自己想要的知識(shí)。對(duì)于剛接觸電源設(shè)計(jì)的新手來(lái)說(shuō),肯定是一篇不可多得的資料文章。
 
對(duì)于很多新手來(lái)說(shuō),尋找一些資料來(lái)閱讀并進(jìn)行分析,是比較有效率的一種學(xué)習(xí)方法。很多人會(huì)從LDO規(guī)格書(shū)開(kāi)始入手,但是LDO規(guī)格書(shū)當(dāng)中有很多較為專(zhuān)業(yè)的名詞,對(duì)于新手來(lái)說(shuō)并不容易理解。本篇文章就將對(duì)LDO規(guī)格書(shū)中一些經(jīng)常出現(xiàn)的一些概念進(jìn)行解釋。 
 
過(guò)熱保護(hù)電路 
過(guò)熱保護(hù)電路
圖1 
 
如圖1所示,以藍(lán)色橢圓形圈出的過(guò)熱保護(hù)電路,可在輸出引腳(VOUT)和接地引腳(GND)短路等狀況時(shí)檢測(cè)電壓調(diào)節(jié)器是否過(guò)熱,并停止電壓調(diào)節(jié)器的運(yùn)行以防止其受損。如果電壓調(diào)節(jié)器結(jié)點(diǎn)的溫度超過(guò)150°C,則過(guò)熱保護(hù)電路會(huì)停止電壓調(diào)節(jié)器的運(yùn)行。此外,如果電壓調(diào)節(jié)器停止運(yùn)行后結(jié)點(diǎn)的溫度降至125°C 以下,則將重新開(kāi)始電壓調(diào)節(jié)器的運(yùn)行。(實(shí)際溫度會(huì)因產(chǎn)品而異)因此,過(guò)熱保護(hù)電路的操作將重復(fù)關(guān)閉和開(kāi)啟電壓調(diào)節(jié)器,直至引起電壓調(diào)節(jié)器過(guò)熱的原因被消除。結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生脈沖形輸出電壓。請(qǐng)避免這種情況的發(fā)生。在規(guī)格書(shū)中,用過(guò)熱保護(hù)檢測(cè)溫度(TTSD)和過(guò)熱保護(hù)解除溫度(TTSR)來(lái)表示。 
 
自動(dòng)放電功能 
自動(dòng)放電功能
圖2 
 
當(dāng)通過(guò)CE引腳將電壓調(diào)節(jié)器從工作模式切換至待機(jī)模式時(shí),VOUT引腳電壓不會(huì)立即降至接地的水平,因?yàn)檩敵鲭娙菪枰獣r(shí)間來(lái)放電。為防止這種情況,理光在具有此功能的電壓調(diào)節(jié)器輸出電路(圖2中用藍(lán)色圓圈圈出)中增加了N型晶體管,以使輸出電容可以迅速放電。自動(dòng)放電功能可以與系統(tǒng)關(guān)斷時(shí)序相結(jié)合。 
節(jié)電功能
圖3
 
如圖3所示,連接至VOUT引腳的電容在不帶自動(dòng)放電功能的情況下放電需要2.73秒,而在自動(dòng)放電功能的情況下放電則只需要126μs。 
 
自動(dòng)放電功能確保了當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)入待機(jī)模式時(shí)輸出快速下降,同時(shí)也能防止當(dāng)連接至VOUT引腳的輸出電容向外部系統(tǒng)放電時(shí)(如圖3中右圖所示)可能會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題。 
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節(jié)電功能 
 
諸如手機(jī)等越來(lái)越多的各種設(shè)備不僅僅具有通話(huà)模式(工作模式)和關(guān)閉模式這兩種狀態(tài),同時(shí)還具有待機(jī)模式(休眠模式)等狀態(tài)。但是,在工作模式和休眠模式中,電壓調(diào)節(jié)器必須滿(mǎn)足完全不同的要求。在工作模式中,電壓調(diào)節(jié)器必須快速響應(yīng)并具有高紋波抑制比,但在休眠模式中會(huì)消耗較低的消費(fèi)電流。為了滿(mǎn)足這些相互沖突的條件,理光的電壓調(diào)節(jié)器具備了節(jié)電功能,可允許在快速響應(yīng)模式和低功耗模式之間進(jìn)行切換。 
節(jié)電功能
圖4 
 
快速響應(yīng)模式具有比低功耗模式快100倍的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度,而輸出電壓變化則為低功耗模式的1/10。 
 
與快速響應(yīng)模式相比,低功耗模式的消費(fèi)電流僅為1/10。 
電源管理設(shè)計(jì)
圖5 
 
快速響應(yīng)模式中,1kHz時(shí)的紋波抑制比約為75dB,而在低功耗模式中,1kHz時(shí)的紋波抑制比將為約35dB。 
電源管理設(shè)計(jì)
圖6
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電源管理設(shè)計(jì)
圖7 
 
浪涌電流限制電路
浪涌電流限制電路
圖8 
 
浪涌電流限制電路可防止電壓調(diào)節(jié)器啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流造成輸出電壓的波動(dòng)。由于短路限流電路的作用,電壓調(diào)節(jié)器輸出電流和輸出電壓之間的關(guān)系圖呈折回形狀,如圖8所示。但是,啟動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器時(shí),會(huì)有大量的電流在輸出電容充電前涌入。輸出電壓和輸出電流特性實(shí)例圖,大約會(huì)有1600mA的浪涌電流在流動(dòng)。這種情況下,輸出電流將會(huì)受到影響,一旦浪涌電流停止,輸出電流將會(huì)立即猛增。為了避免這種情況的發(fā)生,浪涌電流限制電路會(huì)在電壓調(diào)節(jié)器啟動(dòng)后的一定時(shí)間內(nèi)將輸出電流限制在500mA以下。 
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浪涌電流限制時(shí)間可調(diào) 
 
浪涌電流限制電路會(huì)在電壓調(diào)節(jié)器啟動(dòng)時(shí)限制浪涌電流。但是當(dāng)輸出電容較大時(shí)可能無(wú)法產(chǎn)生足夠的效果。當(dāng)浪涌電流限制時(shí)間短于浪涌電流發(fā)生時(shí)間時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情況。R1190x系列的浪涌電流限制電路通過(guò)連接電容至 DELAY引腳來(lái)設(shè)定浪涌電流限制的時(shí)間。浪涌電流限制時(shí)間(tD)和連接至DELAY引腳的電容器的電容CD(F)之間的關(guān)系可通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算:tD = <0.000198+ (3.79 x 107 x CD)> x VIN 即使電容沒(méi)有和 DELAY 引腳連接,浪涌電流也會(huì)被限制。這種情況下,CD=0,根據(jù)上述公式計(jì)算可得出浪涌電流限制時(shí)間。(tD=約200μs × VIN) 
浪涌電流限制時(shí)間可調(diào)
圖9 
 
雙通道LDO電壓調(diào)節(jié)器 
 
雙通道LDO 電壓調(diào)節(jié)器包括單路輸入類(lèi)型和雙路輸入類(lèi)型。單路輸入類(lèi)型中兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器共享一個(gè)輸入引腳,由于減少了引腳的數(shù)量,因此其封裝較小。但是,在輸入電壓和輸出電壓之間存在較大的差異,由于兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓相同,因此能耗和功耗會(huì)變大。 
雙通道LDO電壓調(diào)節(jié)器
圖10 
 
使用前的注意事項(xiàng) 
 
特性實(shí)例 
特性實(shí)例
圖11 
 
PCB 布線(xiàn) 
 
確保VDD和GND導(dǎo)線(xiàn)的魯棒性。如果它們的阻抗過(guò)大,則可能會(huì)導(dǎo)致噪聲或使運(yùn)行不穩(wěn)定。在VDD和GND引腳之間連接一個(gè)大小適當(dāng)?shù)碾娙?,并且盡可能的靠近引腳。 
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相位補(bǔ)償 
 
在LDO(低輸入輸出電壓差)電壓調(diào)節(jié)器中具有相位補(bǔ)償,因此即使在負(fù)載電流變化時(shí)也能確保穩(wěn)定運(yùn)行。為此,采用了具有良好頻率特性和適宜的ESR(等效串聯(lián)電阻)的電容COUT。(陰影區(qū)域中為數(shù)據(jù)值)如果采用了鉭電容且電容的等效電阻值較大,則輸出可能會(huì)不穩(wěn)定。評(píng)估電路時(shí)應(yīng)將頻率特性考慮在內(nèi)。根據(jù)電容尺寸、制造商和元件型號(hào),電容的偏壓特性和溫度特性有所不同。評(píng)估電路時(shí)應(yīng)將實(shí)際特性考慮在內(nèi)。 
相位補(bǔ)償
圖12 
 
短路限流電路 
 
如圖13所示,藍(lán)色橢圓形中所示的短路限流電路作為“電流限制”,在輸出引腳(VOUT)和接地引腳(GND)短路時(shí),通過(guò)限制輸出電流來(lái)保護(hù)電壓調(diào)節(jié)器免受損害。它由過(guò)流保護(hù)電路和短路電流保護(hù)電路組成。在特性實(shí)例中,在“輸出電壓和輸出電流”圖上,過(guò)流保護(hù)活動(dòng)用藍(lán)色線(xiàn)條標(biāo)出,短路電流保護(hù)活動(dòng)用藍(lán)色圈圈出。過(guò)流保護(hù)的限制電流值在規(guī)格書(shū)中沒(méi)有定義。請(qǐng)參閱特性實(shí)例的圖表。短路電流保護(hù)的限制電流值在規(guī)格書(shū)中被定義為短路限流(Ilim)。在理光電壓調(diào)節(jié)器中,通常設(shè)定在 30mA 至 250mA 的范圍內(nèi)。 
短路限流電路
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