电源IC选型时需确认的重要特性与功能

本期技术电子杂志主题为“电源IC基础及小型/低功耗设备、控制/处理电路板的电源设计”。

上期介绍了在选型电源IC时首先需要确认的VIN、VOUT、IOUT、效率、Iq、工作温度范围等基本规格。

作为第4期的本期内容，我们将讲解仅凭基本规格容易被忽略的电源IC重要特性与功能。

第4期|电源IC的重要特性与功能

仅凭基本规格有时无法正确判断

在选择电源IC时，输入电压、输出电压和输出电流固然重要。但在实际设备中，“虽然满足电压和电流条件，但系统运行不稳定”、“传感器读数据出现波动”、“通信不稳定”、“仅在启动时出现异常运行”此类问题不仅与电源IC的基本规格有关，还可能涉及噪声、瞬态响应、PSRR、发热、电源时序控制以及保护功能等因素。

噪声：传导噪声与辐射噪声

在电源电路中需要确认的噪声，大致可分为传导噪声和辐射噪声两类。

传导噪声是指出现在VOUT或VIN线路上的噪声。例如，在DC/DC转换器中，输出端会产生被称为纹波电压的脉动成分。如果纹波电压较大，可能会对负载电路产生影响。

另一方面，辐射噪声是指以电磁波形式向空间辐射的噪声。由于DC/DC转换器采用高频开关工作，因此可能会对射频通信、高灵敏度传感器和模拟电路造成干扰。

此外，当VIN或VOUT的布线较长时，传导噪声可能会通过走线以辐射噪声的形式传至外部。因此，在噪声对策中，不仅要考虑电源IC本身，还必须综合考虑电路板布局、电容布局、滤波器以及布线长度等因素。

瞬态响应：对负载变化的跟随能力

瞬态响应是指当输入电压或输出电流突然变化时，输出电压如何波动以及能够多快恢复稳定的特性。其中尤为重要的是针对负载电流变化的负载瞬态响应。

例如，在以下类型的负载中，电流会发生急剧变化。

・在睡眠和运行状态之间反复切换的MCU

・仅在发送时流过大电流的RF通信模块

・电流随运算负载变化的MPU、FPGA、SoC

・周期性工作的传感器或无线模块

当负载电流突然增加时，输出电压会暂时下降。电源IC会检测到这一情况并校正输出，但如果响应迟缓，电压波动就会变大。因此，当负载器件的工作电压范围较窄，或电源品质会直接影响系统稳定性时，确认瞬态响应波形至关重要。

PSRR：能抑制输入侧波动的程度

PSRR是衡量输入电压中的纹波或波动在多大程度上不易传导至输出端的指标。特别是在LDO中，PSRR通常被视为一项重要的特性。

例如，当在DC/DC转换器的后级配置LDO时，关键就在于LDO能多大程度上抑制前级DC/DC转换器产生的纹波。

在传感器、射频、音频、模拟电路等易受电源噪声影响的电路中，确认PSRR至关重要。不过需要注意，PSRR会随频率变化而变化。一般而言，频率越高PSRR表现越差，因此，在查看数据时，需要确认其测试频率范围是否接近实际使用条件。

热设计：即使效率高，也需确认发热情况

电源IC的损耗最终会转化为热量。对于LDO，输入电压与输出电压的差值会直接转化为损耗。因此，当输入电压较高且输出电流较大时，发热量会明显增加。虽然DC/DC转换器比LDO效率明显更高，但在输出电流较大或环境温度较高时，仍需确认发热情况。

发热会影响IC的使用寿命、周边元件的可靠性以及设备整体的温度升高。因此，在选型电源IC时，不仅要关注效率，还必须确认其允许功耗、热阻、电路板的散热性能以及环境温度。

电源序列：上电与断电的顺序

在具有多条电源线路的系统中，电源的上电顺序和断电顺序有时至关重要，这被称为电源时序。

例如，在MCU、FPGA、SoC、传感器、通信IC等设备中，可能需要核心电源、I/O电源、模拟电源等多路电源。如果电源上电顺序不当，可能会导致负载器件误动作、锁定、启动失败或产生不必要的浪涌电流。此外，在断电时，也必须在安全停止电路运行后才切断电源。

通过组合使用 EN 引脚、PG 引脚、复位 IC 以及负载开关等器件，可以构建适合系统需求的电源时序方案。

保护功能：在异常情况下保护电源电路和系统

电源IC不仅负责提供所需电压，同时还承担着在异常情况下保护电源电路和负载电路的职责。

典型的保护功能包括以下内容。

・电流限制

・输出短路保护

・过热保护(TSD：热关断)

・欠压保护(UVLO：Under Voltage Lock Out)

・过压保护(OVP：Over Voltage Protection)

例如，当负载电路发生短路时，如果没有电流限制和短路保护，电源IC及周边元件将承受巨大的压力。此外，当IC内部温度过高时，TSD功能会停止输出以抑制过热。

不过，保护功能仅用于异常情况下的防护，并非基于常时运行的前提进行设计的。在正常运行时，不应依赖保护功能，而应采用具有充分余量的设计。

设计时需确认的要点

在选择电源IC时，除了基本规格外，确认以下项目会更令人放心。

・负载电路是否对噪声敏感

・能否容忍DC/DC转换器的纹波及开关噪声

・负载电流是否会急剧变化

・瞬态响应时的电压波动是否在容许范围内

・是否需要抑制前级电源的纹波

・发热与散热是否有足够的余量

・多个电源的上电和断电顺序是否存在限制

・是否具备异常情况下的必要保护功能

通过事先梳理这些问题，便能更容易地选择出不仅“电压和电流匹配”的IC，更能确保整个系统稳定运行的电源IC。

总结

在选择电源IC时，除了VIN、VOUT、IOUT等基本规格外，确认噪声、瞬态响应、PSRR、热设计、电源时序以及保护功能也至关重要。这些因素直接关系到设备的稳定运行、电池寿命、发热情况以及系统可靠性。

尤其是在包含传感器、RF通信、MCU、FPGA、SoC等器件的系统中，电源品质往往会影响整个设备的性能。

下期预告

第5期|LDO结构简单，但选型却大有学问

此期将介绍作为代表性电源IC之一的LDO的基本构成和种类。

关于特瑞仕半导体株式会社

特瑞仕半导体株式会社(总公司：东京、东证Prime: 6616)从 1995年设立以来，作为日本国内唯一的模拟电源IC的专业厂家，以「Powerfully Small」为产品制造追求的目标，提供增加客户产品的附加值的世界最小级的高效率模拟电源IC以及可以加快客户产品开发的电源设计方案。

特瑞仕的产品以日本国内为首，通过海外6家分公司7处销售点销往世界各地，被广泛用于工业机器，汽车用品，通信，电脑产品，穿戴电子等市场。