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稳压器的选择决定了低压降芯片设计高性能的设计方案

2017年12月04日 05:40 次阅读

大部分系统设计工程师可能都会同意线性稳压器是众多稳压器之中最容易使用的一种,而且由于这个原因,也最受系统设计工程师欢迎。但新一代的系统要求极为严格,因此只采用线性稳压技术的高性能系统会受到较多的制约,以致很难充分发挥其性能。这个发展趋势带出以下几个问题:系统设计工程师构思新产品时可以获得哪一方面的技术支持?采用线性稳压技术的直流/直流功率转换系统有什么优缺点?是否比采用其他线路布局的功率转换系统优胜?技术上又有什么局限?若以同一应用作比较,哪一类的低压降稳压器有较高的效率?不同厂商的线性稳压器是否有高下优劣之别?

看起来这些问题好像非常简单,其实问题的答案比我们想象复杂,因为需要考虑的重要因素及技术参数非常多,加上有关因素的重要性经常被人忽略,因此系统设计工程师做出取舍时必须小心谨慎。由于新产品的供电要求越趋严格,电路板的面积也不断缩小,加上系统必须保证能发挥最基本的性能,因此我们必须为新产品挑选合适的低压降稳压器。好的低压降稳压器可以解决很多应用上的问题;若稳压器的选择不当,整个设计根本就无法落实执行。

散热、效率及封装

线性稳压器的输入功率并非完全能从输出端口输出,两者

的相差都会转为热能耗散掉。功率耗散 (Pd) 可以根据以下的公式粗略估算:

Pd = (Vin – Vout) * Iout

若要更精确计算功率耗散,我们必须将 Vin * Iq 这个变项计算在内。功率耗散总额可以根据以下公式计算出来:

Pd = (Vin – Vout) * Iout + Vin * Iq

若按照上述两条公式,再将 5 伏 (V) 电压调低至 1.5 伏 (静态电流为 300mA),那么线性稳压器耗散为热能的功率不会少于:

(5 – 1.5) * 0.35 = 1.225W

究竟这个功耗量应视为高还是低呢?有关这个问题我们不可过早做出判断,我们必须根据芯片封装以及电路板的类型与面积 (若采用表面贴装封装),找出这些变项与温度上升幅度之间的函数关系,从而计算 1.225W 的功率耗散究竟会令温度上升多少。这样我们才可作出一个较为全面的判断,确定 1.225W 的功率耗散是高还是低。系统设计工程师一般都喜欢采用最小巧的封装,但这类封装的热阻值非常高,因此散热能力也最差。

标准 SOT-23 及 SC-70 等小巧封装的 qJA 值介于 200度/W 与 400度/W 之间。体积不大不小的 SOT-223、TO-252 (DPAK) 及其它无掩蔽焊球 SMD 封装 (包括 PSOP 及 ETSSOP) 的 qJA 值则介于 50度/W 与 90度/W 之间。一般来说,只有较大的封装 (例如 TO-220 及 TO-263) 才有较理想的 qJA 值,其数值介于 40度/W 与 60度/W 之间。大致上,这是封装大小与温度上升幅度之间的变化规律,适用于除 LLP之外的所有封装。由于 LLP封装的内部结构较为特别,例如晶片以面向上、底朝下的方式置于金属面,而金属面则设于封装底部,并无任何掩蔽,因此这种超小型封装的热阻极低,甚至可媲美较大的封装,是目前唯一一种热阻值这样低的超小型封装。

上述数字对系统温度有什么影响?若功率耗散为 Pd = 1.225W,理论上 2.85mm x 3mm 的 SOT-23 封装的温度至少会上升 300度。6.6mm x 9.7mm 的 DPAK 封装的受热温度会比环境温度高 80度,只有 10.4mm x 14.35mm 的 TO-263 封装或 2.9mm x 3.3mm 的 LLP 封装才有较小的温度升幅 (50度)。系统设计工程师若懂得如何选择合适的线性稳压器封装,便可大致知道是否需要改用开关稳压器。

静态电流 (Iq) 及互补金属氧化半导体 (CMOS) 低压降稳压器

静态电流 (Iq) 也称为操作电流或接地电流,是设计低功率、低操作电流及以电池供电的电子产品时需要考虑的其中一个重要因素。每当我们谈及 1A、2A 或 3A 恒流负载时,我们会否忽略静态电流所发挥的重要作用?系统设计工程师很多时都忽略这个问题 – 其实无视静态电流的重要性可能要付出很大的代价。系统的静态电流可能会随着负载电流的增加而大幅上升,确实升幅取决于低压降稳压器所采用的工艺技术。以双极低压降稳压器为例来说,3A 负载电流的静态电流可能超过 200mA。此外,CMOS 低压降稳压器的静态电流极低,而且不受负载大小影响,若满载电流为 3A,静态电流一般只有 3mA 至 15mA;若负载电流为 1A/2A,静态电流则介于 100A 与 6mA 之间。(参看图 1 所载有关供电电流与负载电流的函数关系图,图中比较的两款 150mA 低压降稳压器分别采用 CMOS 及双极工艺技术制造。)  若输出电流为 3A,静态电流是 200mA 还是 6mA 的问题究竟是否这样重要?正如上文所说,功率耗散总额是判断低压降稳压器解决方案实际可行与否的决定性指标,虽然在计算功率耗散的公式之中,第一个变项会随着不同的应用而改变 (亦即这个变项取决于输入电压与输出电压),但第二个变项则完全取决于静态电流的大小,而且可能是左右功率耗散实际大小的一个重要因素。以 3.3 伏的输入电压为例来说,200mA 的静态电流会将功率耗散提高 660mW,以如此高的功率耗散来说,有关的设计可能需要改用开关稳压器。若静态电流低至只有 6mA,功率耗散则只会增加约 20mW,这个增幅可说微不足道,因此功率耗散总额几乎不受任何影响。以如此低的静态电流来说,线性稳压器仍可发挥其作用,因此只要静态电流够低,系统设计工程师仍然可以选用 CMOS 线性稳压器。

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基于轻载工作的非同步降压稳压器设计

通常情况下,降压稳压器的设计针对的是连续模式工作,这就简化了输出电压计算及系统设计。然而,如果系统非...

发表于 2017-12-01 18:22 51次阅读
基于轻载工作的非同步降压稳压器设计

LTM8028线性稳压器高效率同步开关转换器的响...

具有高速度或高分辨率功能的器件需要干净的电源。开关稳压器虽能在多种输入 / 输出条件下提供高效率,但...

发表于 2017-11-30 10:18 154次阅读
LTM8028线性稳压器高效率同步开关转换器的响...

赛灵思Vivado开发套件与IP核的原理作用分析

IP核(IP Core) Vivado中有很多IP核可以直接使用,例如数学运算(乘法器、除法器、浮点...

发表于 2017-11-28 15:49 393次阅读
赛灵思Vivado开发套件与IP核的原理作用分析

计算机IP地址的介绍

IP地址就是给英特网上的每一个主机(或路由器)的每一个接口分配一个全世界唯一的32位的标识符。本文主...

发表于 2017-11-25 14:18 290次阅读
计算机IP地址的介绍

ldo和buck降压稳压器对比

 LDO即low dropout regulator,是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳...

发表于 2017-11-24 16:53 353次阅读
ldo和buck降压稳压器对比

采用FPGA与IP来实现DDR RAM控制和验证...

随着高速处理器的不断发展,嵌入式系统应用的领域越来越广泛,数字信号处理的规模也越来越大,系统中RAM...

发表于 2017-11-24 16:00 226次阅读
采用FPGA与IP来实现DDR RAM控制和验证...

基于LabVIEW FPGA模块设计调用独立的I...

对于利用LabVIEW FPGA实现RIO目标平台上的定制硬件的工程师与开发人员,他们可以很容易地利...

发表于 2017-11-24 15:36 417次阅读
基于LabVIEW FPGA模块设计调用独立的I...

负载均衡系统原理和实际操作解读

不能狭义地理解为分配给所有实际服务器一样多的工作量,因为多台服务器的承载能力各不相同,这可能体现在硬...

发表于 2017-11-23 14:31 1388次阅读
负载均衡系统原理和实际操作解读

线性稳压器的作用解析

线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的...

发表于 2017-11-20 10:45 155次阅读
线性稳压器的作用解析

稳压器和UPS的作用一样吗?有什么区别?

稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。UPS即不间断电源,是将...

发表于 2017-11-20 10:26 440次阅读
稳压器和UPS的作用一样吗?有什么区别?

稳压器电路图解析

稳压器:它是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备,其作用是将波动较大和不符合用电器设备要求的电...

发表于 2017-11-18 11:32 787次阅读
稳压器电路图解析

单相交流稳压器工作原理分析

工作原理是:当电网电压不稳定或负载变化时,自动采样控制电路发出信号并驱动伺服电机,调整自耦调压器碳刷...

发表于 2017-11-18 10:50 615次阅读
单相交流稳压器工作原理分析

常见的三端稳压器分类及使用方法

 市场中常见的三端稳压器,主要有两种,一种是输出的是固定电压,叫固定输出三端稳压器。另一种输出的是可...

发表于 2017-11-18 10:32 1845次阅读
常见的三端稳压器分类及使用方法

利用Xilinx FPGA 集成的万兆MAC I...

随着云计算技术的发展,采用FPGA 作为协同加速成为其发展的一个趋势,如何设计与实现FPGA 片间的...

发表于 2017-11-18 08:13 504次阅读
利用Xilinx FPGA 集成的万兆MAC I...

可配置FFT IP核的实现及基础教程

针对FFT算法基于FPGA实现可配置的IP核。采用基于流水线结构和快速并行算法实现了蝶形运算和4k点...

发表于 2017-11-18 06:32 260次阅读
可配置FFT IP核的实现及基础教程

集成Xilinx内核生成器IP至FPGA VI详...

LabVIEW使用IP集成节点方便的整合Xilinx内核生成IP至FPGA VI。按照下列步骤添加X...

发表于 2017-11-18 05:56 117次阅读
集成Xilinx内核生成器IP至FPGA VI详...

Xilinx CORE生成器IP列表名称及说明详...

本页包含通过LabVIEW FPGA模块可用的Xilinx CORE生成器IP的列表。LabVIEW...

发表于 2017-11-18 05:55 194次阅读
Xilinx CORE生成器IP列表名称及说明详...

FPGA VI中不同的Xilinx内核生成器IP...

所属选板:FPGA模块VI和函数 必需:FPGA模块。本主题的内容可能与您所安装的LabVIEW选板...

发表于 2017-11-18 05:54 79次阅读
FPGA VI中不同的Xilinx内核生成器IP...

在Vivado下利用Tcl实现IP的高效管理

在Vivado下,有两种方式管理IP。一种是创建FPGA工程之后,在当前工程中选中IP Catalo...

发表于 2017-11-18 04:22 174次阅读
在Vivado下利用Tcl实现IP的高效管理

高速转换器的lvds,cml,coms数字输出的...

高速转换器三种最常用的数字输出是互补金属氧化物半导体(CMOS)、低压差分信号(LVDS)和电流模式...

发表于 2017-11-17 20:08 304次阅读
高速转换器的lvds,cml,coms数字输出的...

关于IP的驱动程序软件开发和第三方IP的使用

半导体公司目前正面对两大基本现实:优化半导体项目的成本以及为了满足客户需求而提供全面性解决方案。客户...

发表于 2017-11-17 06:08 248次阅读
关于IP的驱动程序软件开发和第三方IP的使用

三端稳压器7805输入电压范围

7805为定值三端集成稳压块。输出为+5V稳定电压,最高输入极限电压36,最低输入电压7V,极限电流...

发表于 2017-11-13 11:01 655次阅读
三端稳压器7805输入电压范围

美国VERIFLO公司是一家精密膜片和大宗气体阀,稳压器,液体和气体的控制和应用流量控制元件的领先制造商

发表于 2017-09-06 13:58 294次阅读
美国VERIFLO公司是一家精密膜片和大宗气体阀,稳压器,液体和气体的控制和应用流量控制元件的领先制造商

凌晔科技 供应 TPS79333DBVR SOT23-5 TI/德州、超低噪声,高PSRR ,低压差线性SOT23稳压器

发表于 2017-07-28 14:22 450次阅读
凌晔科技 供应 TPS79333DBVR SOT23-5 TI/德州、超低噪声,高PSRR ,低压差线性SOT23稳压器

ME6222——400mA,最低输出电压0.8V,可调,高速LDO-微盟电子-斗石方案

发表于 2017-06-30 10:33 787次阅读
ME6222——400mA,最低输出电压0.8V,可调,高速LDO-微盟电子-斗石方案

SD8910 一款输入电压:4.5V至21V,输出电流:2A,降压型同步整流稳压器IC

发表于 2017-06-22 15:26 567次阅读
SD8910 一款输入电压:4.5V至21V,输出电流:2A,降压型同步整流稳压器IC

处理一批线性稳压器,可单颗购买,内附清单!

发表于 2017-06-13 10:43 371次阅读
处理一批线性稳压器,可单颗购买,内附清单!

设计电源电压稳压电路

发表于 2017-05-16 14:01 497次阅读
设计电源电压稳压电路

紧急求助,内置稳压器的PIC单片机IO口电压怎么回事

发表于 2017-03-17 21:06 1285次阅读
紧急求助,内置稳压器的PIC单片机IO口电压怎么回事

5v转3.3v电压电路,输入为5v,输出没有3.3V,请问一下可能是哪里问题?

发表于 2017-03-07 16:27 2655次阅读
5v转3.3v电压电路,输入为5v,输出没有3.3V,请问一下可能是哪里问题?