擴(kuò)展LDO穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍

由于制造工藝的原因，所有 IC 都有一個(gè)輸入電壓極限。當(dāng)您想要使用 dc/dc 轉(zhuǎn)換器（例如：線性穩(wěn)壓器）將高電源電壓調(diào)節(jié)為較低的穩(wěn)定電壓時(shí)，這種電壓極限就顯得較為不便。添加一個(gè) FET 至線性穩(wěn)壓器的輸入端，就可以創(chuàng)建一個(gè) dc/dc 轉(zhuǎn)換器，其具有比單獨(dú)使用穩(wěn)壓器更寬的輸入電壓范圍。過電壓（以及隨之產(chǎn)生的功耗）在 FET 上被降低。圖 1 顯示了 TPS79228 2.8-V、100-mA、低噪聲、高 PSRR LDO 穩(wěn)壓器輸入端的 IRF7601 N－通道 MOSFET。兩個(gè)電阻器為 MOSFET 柵極提供了一個(gè)偏置電壓，負(fù)載電流決定了 MOSFET 源上的電壓（即電阻 FET 導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)滿足負(fù)載電流需求）。MOSFET 的選擇基于三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：漏—源擊穿電壓、柵極驅(qū)動(dòng)要求和功耗性能。在本例中，最大電源電壓為 15V，而 TPS79228 擁有一個(gè) 5.5V 的建議工作輸入電壓最大值，因此選擇了一個(gè)具有 20V 擊穿電壓的 MOSFET。
為了確定 MOSFET 柵極的最小偏置電壓，就需要 MOSFET 漏極電流 (ID) 與柵—源電壓 (VGS) 數(shù)據(jù)表曲線圖表。就 IRF7601 而言，這些曲線表明該器件要實(shí)現(xiàn) 100-mA 的輸出電流所需的 VGS 應(yīng)略低于 1.5 V。由于在 100 mA 情況下，穩(wěn)壓器的最大壓降為 100mV，因此穩(wěn)壓器的輸入電壓必須保持高于 2.9V。從而，MOSFET 柵極偏置至少為 1.5 V + 2.9 V = 4.4 V，這樣的話，當(dāng) MOSFET 提供 100mA 電流時(shí)，其源電壓不會(huì)降至 2.9V 以下。最大柵極偏置電壓一般為穩(wěn)壓器所推薦的工作電壓，或?yàn)?5.5V。該電壓提供超出所需的柵極驅(qū)動(dòng)，以為穩(wěn)壓器在斷電模式下提供 1μA 的靜態(tài)電流。盡管柵極可以在 4.4V 至 5.5V 之間進(jìn)行偏置，但是應(yīng)選擇一個(gè) 5.0V 的偏置電壓，以解決閾值電壓下的各種變化情況。FET 的最大功耗為：
斜坡是另一個(gè)潛在的會(huì)帶來噪聲問題的地方。斜坡通常由電容器充電（電壓模式）生成，或由來自于電源開關(guān)電流的采樣（電流模式）生成。通常，電壓模式斜坡并不是一個(gè)問題，因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/電容/" target="_blank">電容對(duì)高頻注入信號(hào)的阻抗很小。而電流斜坡卻較為棘手，因?yàn)榇嬖诹松仙呇胤逯?、相?duì)較小的斜坡振幅以及功率級(jí)寄生效應(yīng)。
100 mA x (15 V – 2.9 V) = 1.21 W
Micro 8 封裝中的 IRF7601 可以使 TA = 55℃。因此，在使用 TPS79228 以及一個(gè) MOSFET 的情況下，一個(gè) 15V 電源可產(chǎn)生一個(gè)低噪聲﹑低紋波的 2.8-V 輸出電壓。

圖 1 用于擴(kuò)展穩(wěn)壓器輸入電壓范圍的 MOSFET 開關(guān)
如果輸入電壓變化較為明顯，雖然圖 2 相對(duì)有點(diǎn)復(fù)雜，但是非常必要。用一個(gè)齊納二極管替代圖 1 中底部的電阻器，并為 MOSFET 提供一個(gè)固定的柵極驅(qū)動(dòng)。齊納二極管輸出電壓的選擇方式與前面的闡述相似。

圖 2 用于擴(kuò)展穩(wěn)壓器輸入電壓范圍利用齊納二極管進(jìn)行偏置的 MOSFET 開關(guān)
就創(chuàng)建一個(gè)輸入電壓范圍比轉(zhuǎn)換器 IC 容許范圍更寬的 dc/dc 轉(zhuǎn)換器而言，兩種方法均適合。單個(gè) MOSFET 解決方案是最簡(jiǎn)單，也是最便宜的解決方案。當(dāng)沒有對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)壓時(shí)，由一個(gè)齊納二極管進(jìn)行偏置的 MOSFET 是最佳的選擇。