大電流、低飽和次級線性穩(wěn)壓器設計

在整機設備不斷實現(xiàn)小型化和省電化的今天，功耗小的低漏失線性穩(wěn)壓器(LDO)正成為開關電源用線性穩(wěn)壓器市場的主流。為了實現(xiàn)高性能和高速度，設備內(nèi)部采用的微型計算機或數(shù)字信號處理器(DSP)工藝年年都在取得突飛猛進的進步和發(fā)展，與此同時，這些微型計算機或數(shù)字信號處理器必不可少的電源電壓也越來越低。另外，不同制造工藝對應的電壓各自存在差異，因此要求各種各樣的供電電壓。為解決這一問題，各生產(chǎn)廠商開始在開關電源設定中間電壓，利用LDO穩(wěn)壓器提供LSI電源的新技術手段。另一方面，在電池設備中也使用大電流的LDO穩(wěn)壓器，力求最大限度地有效利用電池電壓。





先使用DC/DC轉換器從高輸入電源取得5V左右電壓，然后利用線性穩(wěn)壓器降壓成3.3～1.0V的電壓，這就是目前通常采用的電源架構。這種穩(wěn)壓器被稱為次級線性穩(wěn)壓器，在需要這類電源架構的設備附近以低輸入電壓供給更加穩(wěn)定的電源。ROHM開發(fā)出的BD□□KA5系列產(chǎn)品就適合作為這種次級線性穩(wěn)壓器 (圖1)。



次級穩(wěn)壓器則在力求更節(jié)省空間和更穩(wěn)定的同時，不斷完善其為了適應DSP等部件的狹窄輸入電壓范圍而必須的高精度化。BD□□KA5系列產(chǎn)品電流容量雖然只有500mA，但是輸出位相補償電容器能夠支持1μF的小型陶瓷電容器，節(jié)省了穩(wěn)壓器占用的空間。同時，通過采用ROHM具有自主知識產(chǎn)權的修整技術，將輸出電壓精度提高了±1%。另外，通過采用P溝道MOS晶體管作為驅動輸出的晶體管，即使增加負荷電流，也能夠控制電路電流，有利于熱設計。電源輸入范圍是2.3V-5V，最適合3.3V、5V系列的電源輸入。此外，輸出電壓規(guī)格包括1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、可調輸入型和低電壓輸出等等，產(chǎn)品能夠滿足各種不同需求。



另一方面，從電池直接獲取輸出電壓的標準型固定輸出及可調輸出仍然必不可少，其輸出電流峰值年年增加。ROHM的BA□□DD0系列就是具有2A電流容量的LDO(圖2)。該系列的在實現(xiàn)2A高輸出電流的同時，將輸出電壓的精度提高了±1%，并實現(xiàn)了0.5V低壓差電壓。對應輸入電壓的變動，避免了輸出電壓降低至低輸入電壓限度，保證了在低電壓狀態(tài)下的輸出啟動。另外，引腳配置同行業(yè)標準的78系列以及ROHM以前的1A低飽和穩(wěn)壓器相兼容，便于置換。輸入電壓范圍很廣(3～25V)，輸出電壓范圍也從1.5V、1.8V、2.5V、3.0V、3.3V、5.0V、9.0V、12V到16V不等。

整機設備為了降低不工作部分的功耗，在每個區(qū)域實行切斷電源的電源管理。BD□□KA5系列及BA□□DD0系列的所有型號產(chǎn)品，都帶有根據(jù)外部邏輯中斷所有線路工作的關機開關功能，待機時的電流消耗為0μA(典型值)，有利于低功耗設計。

這兩個系列LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)品都內(nèi)置有如下各種保護回路：



1．過電流保護回路。采用自動回落型保護線路。如果過電流保護線路開始工作，輸出電壓下降，則更加集中輸出電流，因此與下垂型保護線路相比，能夠將處于短路等異常狀態(tài)的芯片熱耗損控制在原來的1/3～1/5(見圖3)。

2．溫度保護回路。溫度保護線路在芯片溫度超過Tj=150℃時自動停止輸出，防止因溫度過高而導致的芯片的損壞，從而達到保護芯片的目的。如果芯片溫度下降，則有磁滯幅寬來恢復輸出(圖4)。

3．過電壓保護回路。過電壓保護回路僅內(nèi)置在BA□□DD0系列產(chǎn)品中，如果在輸出中出現(xiàn)25V以上浪涌，則保護回路會啟動，提高芯片內(nèi)部元件的耐壓性能，即使輸入電壓超過50V，也能防止芯片的損壞(圖5)。



4．高靜電耐壓。輸出的靜電耐壓為人體放電模式，可以達到6KV以上，在任何環(huán)境里都具有較高的可靠性。