電源芯片的選擇方法與注意事項(xiàng)

一、前言

什么是電源芯片?它有什么作用?在選擇電源芯片的時(shí)候，應(yīng)該考慮那些地方?輸入電壓線性調(diào)整率、輸入電壓線性變化時(shí)對(duì)輸出電壓的相對(duì)影響？下面先來(lái)了解幾個(gè)概念問(wèn)題：

1、輸出電壓負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載電流變化時(shí)輸出電壓相對(duì)變化情況

2、輸出電壓精度：器件輸出電壓的誤差范圍

3、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：負(fù)載電流從一個(gè)小值到最大流快速變化時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)。

4、電源芯片選擇DC/DC還是LDO?

這個(gè)取決于你的應(yīng)用場(chǎng)合。比如用在升壓場(chǎng)合，當(dāng)然只能用DC/DC，因?yàn)長(zhǎng)DO是壓降型，不能升壓。

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另外看下各自的主要特點(diǎn)：

DC/DC：效率高，噪聲大;

LDO：噪聲低，靜態(tài)電流小;

所以如果是用在壓降比較大的情況下，選擇DC/DC，因?yàn)槠湫矢撸鳯DO會(huì)因?yàn)閴航荡蠖陨頁(yè)p耗很大部分效率;

如果壓降比較小，選擇LDO，因?yàn)槠湓肼暤?，電源干凈，而且外圍電路?jiǎn)單，成本低。

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩(wěn)壓器，是相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5v轉(zhuǎn)3.3v，輸入與輸出的壓差只有1.7v，顯然是不滿(mǎn)足條件的。針對(duì)這種情況，才有了LDO類(lèi)的電源轉(zhuǎn)換芯片。

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LDO線性降壓芯片：原理相當(dāng)于一個(gè)電阻分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)降壓，能量損耗大，降下的電壓轉(zhuǎn)化成了熱量，降壓的壓差和負(fù)載電流越大，芯片發(fā)熱越明顯。這類(lèi)芯片的封裝比較大，便于散熱。

LDO線性降壓芯片如：2596，L78系列等。

DC/DC降壓芯片：在降壓過(guò)程中能量損耗比較小，芯片發(fā)熱不明顯。芯片封裝比較小，能實(shí)現(xiàn)PWM數(shù)字控制。

DC/DC降壓芯片如：TPS5430/31，TPS75003，MAX1599/61，TPS61040/41

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩(wěn)壓器，是相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上，否則就不能正常工作。

但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5v轉(zhuǎn)3.3v，輸入與輸出的壓差只有1.7v，顯然是不滿(mǎn)足條件的。針對(duì)這種情況，才有了LDO類(lèi)的電源轉(zhuǎn)換芯片。生產(chǎn)LDO芯片的公司很多，常見(jiàn)的有ALPHA，Linear(LT)，Micrel，Nationalsemiconductor，TI等。

二、什么是LDO(低壓降)穩(wěn)壓器?

LDO是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下100mV之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。

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正輸出電壓的LDO(低壓降)穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管(也稱(chēng)為傳遞設(shè)備)作為PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為200mV左右;與之相比，使用NPN復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為2V左右。負(fù)輸出LDO使用NPN作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出LDO的PNP設(shè)備類(lèi)似。

更新的發(fā)展使用CMOS功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用CMOS，通過(guò)穩(wěn)壓器的唯一電壓壓降是電源設(shè)備負(fù)載電流的ON電阻造成的。如果負(fù)載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉(zhuǎn)換)，只要符合這個(gè)定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器，包括LDO。但是一般的說(shuō)法是把直流變(到)直流由開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)的器件叫DCDC。

LDO是低壓降的意思，這有一段說(shuō)明：低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器的成本低，噪音低，靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點(diǎn)。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個(gè)旁路電容。新的LDO線性穩(wěn)壓器可達(dá)到以下指標(biāo)：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA，電壓降只有100mV。

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LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達(dá)到這個(gè)水平，主要原因在于其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET，而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流;另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)而降低輸出能力，輸入和輸出之間的電壓降不可以太低;而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導(dǎo)通電阻的乘積。由於MOSFET的導(dǎo)通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。

如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩(wěn)壓器，可達(dá)到很高的效率。所以，在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)壓器。雖說(shuō)電池的能量最後有百分之十是沒(méi)有使用，LDO穩(wěn)壓器仍然能夠保證電池的工作時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)噪音較低。

如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開(kāi)關(guān)型的DCDC了，因?yàn)閺纳厦娴脑砜梢灾溃琇DO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC轉(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高，許多新型DC-DC轉(zhuǎn)換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類(lèi)電源控制器的輸出脈動(dòng)和開(kāi)關(guān)噪音較大、成本相對(duì)較高。

近幾年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來(lái)越小。由於出現(xiàn)了導(dǎo)通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如對(duì)于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次，對(duì)于中小功率的應(yīng)用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開(kāi)關(guān)頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動(dòng)、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

總的來(lái)說(shuō)，升壓是一定要選DCDC的，降壓，是選擇DC-DC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。

LDO體積小，干擾較小，當(dāng)輸入與輸出電壓差較大的化，轉(zhuǎn)換效率低。

DC-DC好處就是轉(zhuǎn)換效率高，可以大電流，但輸出干擾較大，體積也相對(duì)較大。

LDO一般是指線性的穩(wěn)壓器--LowDropOut，而DC/DC則是線性式和開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器的總稱(chēng)。

如果你的輸出電流不是很大(如3A以?xún)?nèi))，而且輸入輸出壓差也不大(如3.3V轉(zhuǎn)2.5V等)就可以使用LDO的穩(wěn)壓器(優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓的ripple很小)。否則最好用開(kāi)關(guān)式的穩(wěn)壓器，如果是升壓，也只能用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器(如果ripple控制不好，容易影響系統(tǒng)工作)。

三、LDO的選擇

當(dāng)所設(shè)計(jì)的電路對(duì)分路電源有以下要求：

1、高的噪音和紋波抑制;

2、占用PCB板面積小，如手機(jī)等手持電子產(chǎn)品;

3、電路電源不允許使用電感器，如手機(jī);

4、電源需要具有瞬時(shí)校準(zhǔn)和輸出狀態(tài)自檢功能;

5、要求穩(wěn)壓器低壓降，自身功耗低;

6、要求線路成本低和方案簡(jiǎn)單;

此時(shí)，選用LDO是最恰當(dāng)?shù)倪x擇，同時(shí)滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各種要求。以上就是電源芯片的選擇方法，希望能給大家?guī)椭?，需要大家在設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)項(xiàng)目的不同來(lái)選擇。

　　審核編輯：湯梓紅