深入解析 MIC5156/5157/5158 Super (LDO TM) 稳压器控制器

引言

在电子设计领域，稳压器控制器是至关重要的组件，它能为电路提供稳定的电压输出，确保电子设备的正常运行。今天，我们将深入探讨 Micrel 公司的 MIC5156/5157/5158 Super (LDO TM) 稳压器控制器，了解其特点、功能以及应用场景。

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产品概述

MIC5156、MIC5157 和 MIC5158 是用于高电流低压差线性电压调节的单芯片解决方案。它们采用外部 N 沟道功率 MOSFET 作为线性传输元件，具有诸多优势。

产品特性

1. 低压差：压差电压低至外部功率 MOSFET 的 (R_{DS(ON)}) 乘以输出电流，输出电流可达到最大 MOSFET 所能提供的水平。
2. 宽输入电压范围：工作电压范围为 3V 至 36V。
3. 多种输出配置：不同型号具有固定输出电压或可调节输出电压的选项，满足不同应用需求。
4. 低功耗：典型工作电流为 4.5mA，典型待机电流小于 1µA。
5. 内部电荷泵：MIC5157 和 MIC5158 具有内部电荷泵三倍压器，可提供足够的栅极驱动电压。
6. 电流限制：具有可选的电流限制功能，典型阈值为 35mV。
7. 输出电压精度高：大多数配置下初始输出电压容差为 1%，温度范围内输出电压容差为 2%。

产品差异

MIC5156

需要外部栅极驱动电源来驱动外部 MOSFET 的栅极，有 3.3V 固定输出、5V 固定输出或可调输出版本，采用 8 引脚 DIP 或 SOIC 封装。

MIC5157

具有内部电荷泵，可选择 3.3V、5V 或 12V 的固定输出，采用 14 引脚 DIP 或 SOIC 封装。

MIC5158

可配置为固定 5V 输出或通过两个外部电阻编程为 1.3V 至 36V 的任意电压，采用 14 引脚 DIP 或 SOIC 封装。

功能描述

使能控制（EN）

当 (V_{DD}) 至少为 3.0V 时，将 EN 引脚置为 TTL 低电平可使控制器进入关断模式，置为 TTL 高电平可启用内部偏置电路，为所有内部电路供电。若未使用，EN 必须拉高，其施加的电压最高可达 36V。关断模式下，控制器电流消耗小于 1µA。

栅极增强

控制器管理外部 N 沟道 MOSFET 的栅源增强电压，栅源电压根据电源和负载条件在 1V 至 16V 之间变化。当稳压器处于压差状态且 MOSFET 完全增强时，需要额外的较高电源电压来产生必要的栅源增强电压，这由外部栅极驱动电源（MIC5156）或内部电荷泵（MIC5157 和 MIC5158）提供。

栅极驱动电源电压（仅 MIC5156）

栅极驱动电源电压不得比电源电压高 14V 以上（(V{P}-V{DD}<14V)），最小必要栅极驱动电源电压为 (V{P}=V{OUT}+V{GS}+1)，其中 (V{P}) 为栅极驱动电源电压，(V{OUT}) 为稳压器输出电压，(V{GS}) 为 MOSFET 完全栅极增强所需的栅源电压。误差放大器使用栅极驱动电源电压来驱动外部 MOSFET 的栅极，其输出可摆动至 (V_{P}) 的 1V 以内。

电荷泵（仅 MIC5157/5158）

电荷泵三倍压器在储能电容 C3 上产生直流电压，外部电容 C1 和 C2 为电荷泵三倍压器的各级提供必要的存储。电荷泵的近似直流输出电压为 (V{CP}approx3(V{DD}-1))，其中 (V{CP}) 为电荷泵输出电压，(V{DD}) 为电源电压。(V{CP}) 钳位电路通过根据需要开启或关闭电荷泵振荡器，将电荷泵电压限制在 (V{DD}) 以上 16V。电荷泵振荡器工作频率为 160kHz，误差放大器使用电荷泵电压来驱动外部 MOSFET 的栅极，为电荷泵提供约 1mA 的恒定负载，其输出可摆动至 (V_{CP}) 的 1V 以内。

应用信息

MOSFET 选择

大多数 Super LDO 稳压器应用可使用标准 N 沟道增强型 MOSFET。若外部栅极驱动电压过低（MIC5156）或输入电压过低，无法为标准 MOSFET 提供足够的电荷泵电压（MIC5157/8），则可能需要逻辑电平 N 沟道增强型 MOSFET。

电路布局

为实现最佳电压调节，应将源极、地和误差放大器连接尽可能靠近负载。

栅源钳位

16.6V 的栅源保护电压钳位可在输出电压突然降至零伏时保护 MOSFET，防止在负载短路情况下损坏外部 MOSFET。MIC5156 可调版本没有栅源钳位所需的源极连接。

输出调节

启动时，误差放大器反馈电压（EA）或固定版本的内部反馈与内部 1.235V 带隙基准相比低于标称值，这会使误差放大器输出变高，从而开启外部 MOSFET Q1。输出达到调节后，控制器根据反馈电压调整误差放大器输出电压（栅极增强电压），在输入和负载条件变化时保持恒定输出电压。

失调检测

当输出电压比标称值低 8% 或更多时，集电极开路 FLAG 输出（通常为高电平）被拉低，以指示故障状态。FLAG 输出可用于向外部电路发出信号或进行控制，也可用于通过 EN 控制关闭稳压器。

电流限制

Super LDO 稳压器执行恒流限制（非折返式）。要实现电流限制，必须在 (V{DD}) 和 D（漏极）之间的“电源”路径中放置一个检测电阻 ((R{S}))。若检测电阻上的电压降达到 35mV，电流限制比较器会降低误差放大器输出，仅降低到足以降低输出电流的程度，使检测电阻上的电压不超过 35mV。

典型应用

3.3V 微处理器应用

对于使用 5V 逻辑的 3.3V 微处理器的计算机设计，FLAG 输出可用于在 3.3V 输出达到调节之前抑制 5V 电源。

SMPS 后置稳压器应用

Super LDO 稳压器可用作开关模式电源的后置稳压器，可显著降低峰 - 峰纹波电压。

高电流开关应用

MIC5156/7/8 的所有版本均可用于带或不带电压调节的限流、高电流、高端开关应用。

电池充电器应用

MIC5158 可用于恒流应用，如电池充电器。稳压器提供恒定电流（35mV ÷ R3），直到电池接近浮充电压 (V_{FL}=1.235(1+frac{R1}{R2}))，此时 MOSFET 关闭，由 R4 提供涓流充电。

不间断电源应用

MIC5157 和两个 N 沟道 MOSFET 可为不间断电源提供电池切换功能。

总结

MIC5156/5157/5158 Super (LDO TM) 稳压器控制器具有多种优势，适用于多种应用场景。在设计电路时，我们需要根据具体需求选择合适的型号，并注意 MOSFET 的选择、电路布局、输出调节等方面的问题。希望本文能为电子工程师们在使用这些控制器时提供一些参考。你在实际应用中是否遇到过类似稳压器控制器的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。