设计更小的电源，需要考虑哪些因素

作者：Aaron Paxton

假设您几乎已经完成了最新、最重大的应用设计。所有漏洞都已清除，而且非常好用。差不多该进入主要阶段了，但还要解决最有一件事：电源。

毕竟，我们不可能指望所有人都使用实验室电源为其应用供电，对吧？

事后考虑电源并不稀奇。我们很少围绕电源管理来设计系统，而且正好相反。这样的做事顺序会造成恐慌，尤其是在 PCB 上空间所剩无几的时候。唯一可用的方法就是找到最小的电源 IC。

LDO 是空间有限应用的热门选择，支持健身腕带、智能手表以及其它可穿戴设备等便携式应用。然而，即使是机顶盒与路由器等线路供电的应用，空间也不是无限的，在可能的情况下也需要优化。工程师经常会因芯片尺寸小而选择 LDO。

但这是唯一的考虑因素吗？

这肯定是最重要的因素之一。我们还需要权衡一些其它的因素，例如功耗、噪声特点与精确性等，但芯片首先要能放入应用，才有成为可行的解决方案。

IC 的物理尺寸能说明些问题，但绝对不够全面。与任何其它 IC 一样，也需要考虑外部组件。LDO 的外部组件包括电阻器网络、输入电容器与输出电容器。

图 1. 具有各种无源元件的 PCB 实例

我们首先来讨论电阻器网络。固定 LDO 将电阻分压器内部化，与可调 LDO 相比，可提供三大主要优势：

1. 空间。固定 LDO 无需在电路板上布置或连接电阻器。这可能听起来很微不足道，但即使是 0402 电阻器（1.0 毫米 x 0.5 毫米），也会占据宝贵的基板空间。
2. 成本。尽管电阻器比硅芯片便宜，但它们也需要成本。我们也必须要考虑布置的成本问题。减少组件数量可节省资金，特别是在准备将应用投入量产时。
3. 准确性。作为电阻器内部化的一部分，制造时可确保它们能够针对特定容差进行调节。因此，如果产品说明书上指定整个温度的误差精度为 1%（例如 TPS7A3725 的情况），那这就是有望获得的容差。对于可调 LDO 来说，事情并非如此。相反，我们必须考虑参考电压的准确度和外部电阻器的容差。德州仪器 (TI) 针对这一问题提供了极好的应用手册，您可在这里查看。

如果您想要生成 1.8V、3.3V、2.5V 或 5V 等通用电压轨，固定 LDO 就是很好的选项（但如果您需要 3.75V 等奇数电压，固定版本可能就不适用）。在可能的情况下，明显应该使用固定选项。

输入电容器有点棘手。输入电容器可帮助改善线路瞬态，减小上游噪声，有助于稳定输入电轨（如果存在寄生现象），或者过滤来自 LDO 的上游电感。但在给定应用中，这些考虑可能适用也可能不适用。能够识别不需要考虑这些问题的情况，就有机会取消附加无源组件。

便携式应用就是很好的设备实例，它有可能避免使用输入电容器。例如，一个 LDO 使用电池为输入电轨供电，电池与 LDO 之间的电感很低。电池可提供非常稳定的输入源和最小的输入电感。这就意味着 LDO 输出承受的任何负载瞬态都不会产生较大的输入电压偏差。与固定 LDO 的优势一样，取消输入电容器也能节省空间与成本。但必须进行严格审查，确保输入电容器对于应用功能来说是不必要的。

要考虑的最后一个、或许也是最令人关注的外部组件是输出电容器。它通常一直都很重要，因为：它可帮助抑制纹波，缓解负载瞬态，当然还可确保输出电压稳定性。更好的纹波抑制和改善的负载瞬态响应是具有输出电容器的优势。然而在传统上，输出电容器对实现稳定性而言一直都至关重要。如果没有它，您可能会得到一个更接近振荡器的东西，而不是 LDO。

当然，这种情况也会随技术发生改变。TI 现在提供的 LDO 无需输出电容器，也能提供稳定的输出。TLV713 和 TLV716 就是很好的实例。无论有没有输出电容器，它们都能正常工作。

由此产生的影响同样引人注目

以 TLV71333P 为例：该 IC 采用 1x1 毫米 QFN 封装，不需要外部电阻器，因为它是固定电压 LDO。请核实。如果用于不需要考虑噪声或线路瞬态的便携式设备，我们可以不使用输入电容器。请核实。它是一款无需输出电容器也能工作的 LDO。当然，我们的负载瞬态响应和 PSRR 会通过输出电容器改善，但对于我们的应用而言这些可能都不必要。因此，我们可采用该 IC 进行设计，无需输出电容器。请核实。

我们在此提供 1x1 毫米的总体解决方案尺寸

要形象了解空间节省情况，请查看图 2。尽管附加组件可能在尺寸上非常不起眼，但焊盘模型和走线会很快耗尽空间。

图 2：LDO 电源的典型布局

结论。可能存在芯片尺寸小于 1x1 毫米的其它 LDO，但是不可能找到能提供 150mA 电流、具有更小总体解决方案尺寸的 LDO。而且它不仅尺寸更小，同样也是成本更低的解决方案。

电源可能是最后考虑的问题，但不一定是麻烦的事情。无电容器的 LDO 可在占用最少空间的同时，满足电源需求。当然，必须进行研究核实，以确保无电容器 LDO 适合您的应用。如果有负载瞬态或过多的纹波，添加一个输出电容器可能会很有意义。无论如何，这些LDO 可在优化电源时为您提供另一种备用选项。

原文请参见: http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2014/06/18/how-to-make-your-power-supply-quot-cap-free-quot.aspx

审核编辑：符乾江