老式的功率器件要求具有最小的負(fù)載以保證穩(wěn)定性

作為一名應(yīng)用工程師，我經(jīng)常被問及有關(guān)穩(wěn)壓器空載工作的問題。大多數(shù)現(xiàn)代 LDO 和開關(guān)穩(wěn)壓器均能在空載的情況下穩(wěn)定工作，那么，人們?yōu)槭裁催€要再三詢問呢？一些老式的功率器件要求具有最小的負(fù)載以保證穩(wěn)定性，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)必須得到補(bǔ)償?shù)碾姌O受有效負(fù)載電阻的影響。例如，圖 A 顯示，LM1117 至少需要 1.7 mA 的負(fù)載電流（最大 5 mA）。

圖 A. LM1117 最小負(fù)載電流規(guī)格。

大多數(shù)新型器件均能在無負(fù)載的情況下工作，對于這一規(guī)則，極少有例外情況。一些設(shè)計(jì)技術(shù)使得 LDO 在使用任何輸出電容（尤其是低 ESR 電容）的情況下都能保持穩(wěn)定狀態(tài)，它們也用于保障器件在無負(fù)載情況下的穩(wěn)定性。對于少數(shù)需要負(fù)載的現(xiàn)代器件，這一限制一般是通過旁路元件的漏電流造成的，而不是穩(wěn)定性原因造成的。那么，您如何辨別呢？請參閱數(shù)據(jù)手冊。如果器件需要最小負(fù)載，數(shù)據(jù)手冊必定會(huì)提供一些信息。ADP1740 和其他低電壓、高電流 LDO 都屬于這一類。在最糟糕的情況下，集成電源開關(guān)產(chǎn)生的漏電流大約是 100 μA (85°C) 和 500 μA (125°C)。在無負(fù)載的情況下，漏電流會(huì)對輸出電容充電，直到開關(guān)的 VDS 低到足以將漏電流減小至可以忽略不計(jì)的水平，同時(shí)增加空載輸出電壓。數(shù)據(jù)手冊指出，至少需要 500 μA 的負(fù)載，因此，如果器件要在高溫下工作，則建議使用仿真負(fù)載。該負(fù)載小于設(shè)備的額定值 2 A。圖 B 顯示了 ADP1740 數(shù)據(jù)手冊中列出的最小負(fù)載電流規(guī)格。

圖 B. ADP1740 最小負(fù)載電流規(guī)格。

如果數(shù)據(jù)手冊中未明確指出最小負(fù)載，該怎么辦？在大多數(shù)情況下，是不需要最小負(fù)載的。雖然聽起來可能不太令人信服，但是，如果需要最小負(fù)載，數(shù)據(jù)手冊中肯定會(huì)提供此類信息。然而，困惑往往隨之而來，因?yàn)閿?shù)據(jù)手冊中通常使用圖表來顯示某個(gè)工作范圍的規(guī)格。大多數(shù)這些圖表采用對數(shù)形式，這使得它們可以顯示數(shù)十年的負(fù)載范圍，但是，對數(shù)刻度不能變?yōu)榱?。圖 C 顯示了 ADM7160 在 10 μA 到 200 mA 范圍內(nèi)的輸出電壓以及接地電流和負(fù)載電流。其他圖表，例如接地電流與輸入電壓，顯示了多個(gè)負(fù)載電流時(shí)的測量結(jié)果，但并未顯示電流為零時(shí)的數(shù)據(jù)。此外，PSRR、電源電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整、噪聲等參數(shù)指定了某個(gè)不包括零的負(fù)載電流范圍，如圖 D 所示。但是，這絕不意味著需要最小負(fù)載。

圖 C. ADM7160 輸出電壓以及接地電流和負(fù)載電流。

圖 D. ADM7160 負(fù)載調(diào)整。

用戶如果使用具有省電模式 (PSM) 的開關(guān)穩(wěn)壓器，則往往會(huì)擔(dān)心穩(wěn)壓器在輕負(fù)載時(shí)的工作情況，因?yàn)?PSM 會(huì)減少工作頻率、跳脈、提供脈沖群或出現(xiàn)這些情況的某種組合。在輕負(fù)載的情況下，PSM 會(huì)減少功耗，提高效率。其缺點(diǎn)在于輸出紋波會(huì)顯著增加，但是，器件仍可保持穩(wěn)定狀態(tài)，并且可以在空載時(shí)輕松工作。如圖 E 中所示，當(dāng)負(fù)載在 800 mA 與 1 mA 之間切換時(shí)，ADP2370 高電壓、低靜態(tài)電流降壓穩(wěn)壓器因 PSM 工作產(chǎn)生了更多的紋波。測試是在 1 mA 時(shí)完成的這一事實(shí)并不代表 1 mA 就是最小負(fù)載。

圖 E. 省電模式下的 ADP2370 負(fù)載瞬態(tài)。圖 F 顯示了隨負(fù)載電流變化的紋波電壓。在該例中，圖中所示的紋波電壓一直降到零，表明負(fù)載可以為零，并且空載時(shí)的噪聲不會(huì)比電流為 1 mA 或 10 mA 時(shí)的噪聲更糟糕。

圖 F. ADP2370 輸出紋波與負(fù)載電流。結(jié)論大多數(shù)現(xiàn)代穩(wěn)壓器均能在零負(fù)載電流的情況下穩(wěn)定地工作，若存有疑問，可參考數(shù)據(jù)手冊。盡管如此，仍要注意。對數(shù)圖表無法歸零，且測試并非總是在零負(fù)載電流的情況下進(jìn)行，因此，盡管未顯示空載數(shù)據(jù)，您也不應(yīng)推斷出穩(wěn)壓器無法在空載情況下正常工作。使用開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)，在省電模式下出現(xiàn)紋波是正常的，并非意味著不穩(wěn)定。