如何設計出更小的電源?TI工程師一步步教你
發布時間:2015-03-14 責任編輯:echolady
【導讀】如果一個工程師完成了一項重要的應用設計,並且所有漏洞都已清除,那麼在這種情況下,就隻剩一件事情沒做,那就是——電源。本文就由資深TI工程師教你一步步設計出更小的電源。

LDO 是空間有限應用的熱門選擇,支持健身腕帶、智zhi能neng手shou表biao以yi及ji其qi它ta可ke穿chuan戴dai設she備bei等deng便bian攜xie式shi應ying用yong。然ran而er,即ji使shi是shi機ji頂ding盒he與yu路lu由you器qi等deng線xian路lu供gong電dian的de應ying用yong,空kong間jian也ye不bu是shi無wu限xian的de,在zai可ke能neng的de情qing況kuang下xia也ye需xu要yao優you化hua。工gong程cheng師shi經jing常chang會hui因yin芯xin片pian尺chi寸cun小xiao而er選xuan擇ze LDO。
但這是唯一的考慮因素嗎?這肯定是最重要的因素之一。我們還需要權衡一些其它的因素,例如功耗、噪聲特點與精確性等,但芯片首先要能放入應用,才有成為可行的解決方案。
IC 的物理尺寸能說明些問題,但絕對不夠全麵。與任何其它 IC 一樣,也需要考慮外部組件。LDO 的外部組件包括電阻器網絡、輸入電容器與輸出電容器。

圖 1. 具有各種無源元件的 PCB 實例
[page] 我們首先來討論電阻器網絡。固定 LDO 將電阻分壓器內部化,與可調 LDO 相比,可提供三大主要優勢:
空間。固定 LDO 無需在電路板上布置或連接電阻器。這可能聽起來很微不足道,但即使是 0402 電阻器(1.0 毫米 x 0.5 毫米),也會占據寶貴的基板空間。
成本。盡jin管guan電dian阻zu器qi比bi矽gui芯xin片pian便bian宜yi,但dan它ta們men也ye需xu要yao成cheng本ben。我wo們men也ye必bi須xu要yao考kao慮lv布bu置zhi的de成cheng本ben問wen題ti。減jian少shao組zu件jian數shu量liang可ke節jie省sheng資zi金jin,特te別bie是shi在zai準zhun備bei將jiang應ying用yong投tou入ru量liang產chan時shi。
準確性。作為電阻器內部化的一部分,製造時可確保它們能夠針對特定容差進行調節。因此,如果產品說明書上指定整個溫度的誤差精度為 1%(例如 TPS7A3725 的情況),那這就是有望獲得的容差。對於可調 LDO 來說,事情並非如此。相反,我們必須考慮參考電壓的準確度和外部電阻器的容差。德州儀器 (TI) 針對這一問題提供了極好的應用手冊,您可在這裏查看。
如果您想要生成 1.8V、3.3V、2.5V 或 5V 等通用電壓軌,固定 LDO 就是很好的選項(但如果您需要 3.75V 等奇數電壓,固定版本可能就不適用)。在可能的情況下,明顯應該使用固定選項。
輸入電容器有點棘手。輸入電容器可幫助改善線路瞬態,減小上遊噪聲,有助於穩定輸入電軌(如果存在寄生現象),或者過濾來自 LDO 的上遊電感。但在給定應用中,這些考慮可能適用也可能不適用。能夠識別不需要考慮這些問題的情況,就有機會取消附加無源組件。
便攜式應用就是很好的設備實例,它有可能避免使用輸入電容器。例如,一個 LDO 使用電池為輸入電軌供電,電池與 LDO 之間的電感很低。電池可提供非常穩定的輸入源和最小的輸入電感。這就意味著 LDO 輸出承受的任何負載瞬態都不會產生較大的輸入電壓偏差。與固定 LDO 的優勢一樣,取消輸入電容器也能節省空間與成本。但必須進行嚴格審查,確保輸入電容器對於應用功能來說是不必要的。
要考慮的最後一個、或許也是最令人關注的外部組件是輸出電容器。它通常一直都很重要,因為:它ta可ke幫bang助zhu抑yi製zhi紋wen波bo,緩huan解jie負fu載zai瞬shun態tai,當dang然ran還hai可ke確que保bao輸shu出chu電dian壓ya穩wen定ding性xing。更geng好hao的de紋wen波bo抑yi製zhi和he改gai善shan的de負fu載zai瞬shun態tai響xiang應ying是shi具ju有you輸shu出chu電dian容rong器qi的de優you勢shi。然ran而er在zai傳chuan統tong上shang,輸shu出chu電dian容rong器qi對dui實shi現xian穩wen定ding性xing而er言yan一yi直zhi都dou至zhi關guan重zhong要yao。如ru果guo沒mei有you它ta,您nin可ke能neng會hui得de到dao一yi個ge更geng接jie近jin振zhen蕩dang器qi的de東dong西xi,而er不bu是shi LDO。
當然,這種情況也會隨技術發生改變。TI 現在提供的 LDO 無需輸出電容器,也能提供穩定的輸出。TLV713 和 TLV716 就是很好的實例。無論有沒有輸出電容器,它們都能正常工作。
以 TLV71333P 為例:該 IC 采用 1x1 毫米 QFN 封裝,不需要外部電阻器,因為它是固定電壓 LDO。請qing核he實shi。如ru果guo用yong於yu不bu需xu要yao考kao慮lv噪zao聲sheng或huo線xian路lu瞬shun態tai的de便bian攜xie式shi設she備bei,我wo們men可ke以yi不bu使shi用yong輸shu入ru電dian容rong器qi。請qing核he實shi。它ta是shi一yi款kuan無wu需xu輸shu出chu電dian容rong器qi也ye能neng工gong作zuo的de LDO。當然,我們的負載瞬態響應和 PSRR 會通過輸出電容器改善,但對於我們的應用而言這些可能都不必要。因此,我們可采用該 IC 進行設計,無需輸出電容器。請核實。
我們在此提供 1x1 毫米的總體解決方案尺寸,要形象了解空間節省情況,請查看圖 2。盡管附加組件可能在尺寸上非常不起眼,但焊盤模型和走線會很快耗盡空間。

圖 2:LDO 電源的典型布局
結語
可能存在芯片尺寸小於 1x1 毫米的其它 LDO,但是不可能找到能提供 150mA 電流、具有更小總體解決方案尺寸的 LDO。而且它不僅尺寸更小,同樣也是成本更低的解決方案。
電源可能是最後考慮的問題,但不一定是麻煩的事情。無電容器的 LDO 可在占用最少空間的同時,滿足電源需求。當然,必須進行研究核實,以確保無電容器 LDO 適合您的應用。如果有負載瞬態或過多的紋波,添加一個輸出電容器可能會很有意義。無論如何,這些LDO 可在優化電源時為您提供另一種備用選項。
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