基于线性稳压器IC BA1117的电源电路设计

本文将以支持浮动工作的线性稳压器IC为例，介绍电源电路设计的基础知识和实践中的注意事项。

示例中使用的线性稳压器IC

为便于说明，我们在示例中使用常见的线性稳压器IC“BA1117”。BA1117是一款支持浮动工作的可变输出低饱和（低压差）线性稳压器IC，属于“LDO”类型。其主要规格和框图如下。浮动工作的线性稳压器采用的是无接地（GND）引脚的结构设计。

·输入额定电压：15V

·输入电压范围：VOUT+1.4V～10V

·基准电压：1.25V

·输出电压设置范围：1.25V～8.6V

·输出电流：1A

·压差电压：1.2V（1A时）

·输出电压精度：±1%（不含外置电阻的精度）

·输出电流：5mA*1～1A

·工作结温范围：-20℃～+105℃

*1：含电压设置电阻的电流

※规格值请以最新的技术规格书为准。

BA1117是一款在输出级采用了NPN晶体管的LDO，其压差电压（即维持正常工作所需的最小输入输出电压差。详情见后文）约为1.2V。输出级采用PNP晶体管或MOSFET的LDO，其压差电压约为0.5V，因此可能有人会有异议：”1.2V是否属于LDO范畴？”标准型（如78xx系列等）的压差电压约为2V，因此BA1117确实属于低压差线性稳压器（LDO）范畴。具体详情请参阅TechWeb上的“线性稳压器基础”。

本节有以下几点需要注意：说明中会出现诸如”压差电压1.2V”等规格值，但这些数值并不一定是保证值（最大值或最小值）。所以，在实际设计时请务必以最新的技术规格书为准。另外，电路示例等可能会有部分内容省略，仅供参考。

使用了浮动工作线性稳压器IC的电源电路示例

下面是由BA1117构成的具有代表性的电源电路及BA1117封装示意图。这款IC的正式型号名称为“BA1117FP”。

电路非常简单。所需外置元件仅4个：输入电容CIN、输出电容COUT、输出电压设置用的电阻R1和R2，均可采用小型贴片式的产品。

BA1117的封装形式为TO252-3。这是具有可提高散热性能的FIN（也称为“TAB”）的表面贴装型封装，是1A输出级中的典型封装形式。

下面是各引脚的功能说明：

ADJ	输出电压设置引脚ADJ引脚通过与VOUT引脚之间产生1.25V基准电压，并对VOUT引脚与接地之间进行电阻分压，可在1.25V至8.6V的范围内设置输出电压。
VIN	输入引脚通过输入引脚给IC供电。为使IC的输入更稳定，会在VIN与接地之间连接电容器。电容器应配置在引脚附近。
FIN＝VOUT	输出引脚、散热翅片给负载供电。为防止振荡，VOUT引脚需与接地之间连接电容器。FIN通过引线框架与IC芯片连接，为提升散热效率，建议将其焊接在铜箔面积较大的VOUT层上。
引脚名	功能

浮动工作线性稳压器IC的输出电压设置方法

示例中使用的线性稳压器ICBA1117属于可变输出型LDO。可变输出型通过使用外置电阻分压器，可设置任意输出电压值（通常设置范围为从内部基准电压源到IC规定的最大输出电压）。另外，除可变输出型外，还有固定输出型产品。这种是在IC内部内置了分压电阻的产品，可设置5V和3.3V等常见的标准电压，通常仅需外接输入输出电容器即可工作。可根据使用需求，灵活选用可变输出型与固定输出型产品。

BA1117支持1.25V～8.6V范围的输出电压设置。输出电压可通过以下公式计算得出：

VREF *1：基准电压［V］＝1.25V typ
IADJ：ADJ引脚电流［A］＝60µA typ

BA1117的VOUT引脚与ADJ引脚之间会输出1.25V的基准电压。R1的电流I1可通过1.25V/R1计算得出，而R2的电流则为R1的电流加上ADJ引脚的偏置电流IADJ得到的值。ADJ引脚的偏置电流为60μA typ（120μA max），通过R2流向接地端。为减小ADJ引脚的偏置电流引起的输出电压误差，建议将R1值设置为120Ω。通过将R1值调小并将I1值调大，IADJ值便可忽略不计。

另外，在PCB布局方面，为获得最佳负载调整性能，请将输出电压设置电阻的上端直接连接于VOUT（FIN）引脚。

下表列出了典型输出电压对应的设置电阻值。本示例中采用的标称电阻值是E24系列。电阻R1和R2需使用同一类型的产品。若类型不同，由于它们的容差和温度特性不同，R1与R2的比率可能会发生变化，从而很可能导致输出电压精度恶化。使用比0402mm（01005英寸）尺寸小的贴片电阻时，请注意选择符合电阻额定功率和最大电压要求的产品。

以最少元器件数量进行设置时

1.25	120	0	1.250	0
1.5	120	24	1.501	+ 0.10
1.8	82	36	1.801	+ 0.05
1.9	120	62	1.900	– 0.02
2	200	120	2.007	+ 0.36
2.5	120	120	2.507	+ 0.29
3	130	180	2.992	– 0.28
3.3	110	180	3.306	+ 0.19
5	120	360	5.022	+ 0.43
6	180	680	6.013	+ 0.22
7	180	820	6.994	– 0.09
8	150	820	8.133	+ 1.66
目标值VO（V）	R1（Ω）	R2（Ω）	计算值VO‘（V）	误差（%）

高精度设置时

1.25	120	0	1.250	0
1.5	120	24	1.501	+ 0.10
1.8	82	36	1.801	+ 0.05
1.9	120	62	1.900	– 0.02
2	120	68+3.6	2.000	+ 0.01
2.5	150	110+39	2.501	+ 0.02
3	120	120+47	3.000	– 0.01
3.3	130	130+82	3.301	+ 0.04
5	160	430+47	5.005	+ 0.10
6	150	510+56	6.001	+ 0.01
7	120	510+39	7.002	+ 0.02
8	130	680+18	8.003	+ 0.04
目标值VO（V）	R1（Ω）	R2（Ω）	计算值VO‘（V）	误差（%）

这里有一点需要注意。通常情况下，会通过R1和R2从VOUT引脚持续向接地端流入约10mA的电流。但若将输出电压设定为1.25V，并将R1设为开路状态时，该电流会变为零。然而，当负载电流变为零时，BA1117的负反馈功能将失效，导致输出电压上升，从而无法正常工作。这表示技术规格书中记载的规格值——最小负载电流（IO(min)）的最大值，以及输出电流（IO）的最小值。为防止这种情况发生，需要给R1配置120Ω的电阻，以确保负载电流始终保持在10mA左右。

负载调整和浮动工作线性稳压器的开尔文连接

通常，只要将输出电压设置电阻连接在VOUT引脚的线路上，即可获得最佳的稳压效果。然而，在负载电流较大、走线宽度较窄或到负载的距离较远等情况下，PCB铜箔布线的电阻可能会引起电压降，从而可能导致负载点的电压降低。此时，需要将线性稳压器IC自身的负载调整率与这些因素的负载调整率相加进行计算。这种负载调整思路不仅适用于浮动工作线性稳压器，也是适用于所有线性稳压器通用的思路。

通过将输出电压设置电阻分压器的下端尽可能靠近负载进行连接，可消除该影响。这个方法就是众所周知的开尔文连接法，能够消除输出大电流ILARGE与VOUT引脚至负载端之间的走线电阻RPARASTIC导致的电压降的影响。另外，将高阻抗的分压电阻器配置在IC附近，并延长低阻抗的电阻下端的走线，可有效提升抗噪性能。下面是BA1117的开尔文连接示例：

IC的输出电容COUT用于防止振荡，因此应配置在IC附近；而在负载附近则需配置大容量电容CBULK，以对急剧的负载变化迅速作出响应。

需要注意的是，多数线性稳压器IC均设有接地引脚（浮动工作的BA1117没有接地引脚），由于ADJ引脚与接地之间有基准电压，因此需采用开尔文连接法将电阻分压器上端靠近负载端配置。但要注意，由于BA1117在ADJ引脚与输出VOUT引脚之间有基准电压，所以其连接方式应与常规接法相反。下图为BA1117错误的开尔文连接方式。此时的输出电压可用后续的公式表示。与上一节给出的输出电压设置用的公式相比，错误的连接方式会导致VREF项中额外叠加由输出大电流ILARGE与VOUT引脚至负载端之间的走线电阻RPARASTIC引发的电压降。也就是说，负载电流（ILARGE）会导致负载调整性能恶化，这意味着无法获得开尔文连接的效果。

＜上图的输出电压计算公式＞

浮动工作线性稳压器IC的输出电压误差

输出电压误差为BA1117的基准电压*1容差与输出电压设置用的外置电阻容差的乘积，加上ADJ引脚电流IADJ的容差、线路调整率容差以及负载调整率容差的总和*2 。若以各容差的最大值计算，可求得最大容差，而以最小值计算则可求得最小容差。

*1：技术规格书中使用VO来表示基准电压(Reference Voltage)，所以这里沿用VO。

*2：不包括PCB的走线电阻引起的负载调整率。

输出电压的最大值和最小值可通过以下公式来表示。在此基础上，考虑到线路调整率与负载调整率容差的值，形成输出电压的最终误差范围。

＜最小值＞

＜最大值＞