【導讀】線性穩壓器有什麼新功能？讓我們從輸出電容器開始。采用熟悉的 0402 封裝的陶瓷電容器是當今的電容器。這主要是因為改進的材料將其溫度範圍從 125°C (257°F) 提高到 150°C (302°F)，並且改進的安裝方法減少了熱衝擊並提高了抗振性。

新型線性穩壓器

線性穩壓器有什麼新功能？讓我們從輸出電容器開始。采用熟悉的 0402 封裝的陶瓷電容器是當今的電容器。這主要是因為改進的材料將其溫度範圍從 125°C (257°F) 提高到 150°C (302°F)
，並(bing)且(qie)改(gai)進(jin)的(de)安(an)裝(zhuang)方(fang)法(fa)減(jian)少(shao)了(le)熱(re)衝(chong)擊(ji)並(bing)提(ti)高(gao)了(le)抗(kang)振(zhen)性(xing)。這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)小(xiao)尺(chi)寸(cun)減(jian)少(shao)了(le)其(qi)電(dian)感(gan)分(fen)量(liang)
，從(cong)而(er)獲(huo)得(de)更(geng)好(hao)的(de)高(gao)頻(pin)性(xing)能(neng)。但(dan)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)器(qi)值(zhi)得(de)關(guan)注(zhu)的(de)關(guan)鍵(jian)特(te)性(xing)是(shi)其(qi)低(di)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu) (ESR)。

基本的閉環線性調節器係統由誤差放大器、輸出驅動器和負載組成。圖 1 至圖 3 詳細介紹了雙極性線性穩壓器的閉環頻率響應
，突出顯示了在保持係統設置和輸出電容值相同的情況下改變輸出電容器 ESR 的效果。具有 1 歐姆 ESR（圖 1）的電容器是穩定的，而具有非常低的 0.01 歐姆 ESR（圖 2）的電容器是不穩定的；3 歐姆的較大 ESR（圖 3）也不穩定。

開關電源的一條經驗法則——每當閉環增益大於或等於 1 時，閉環相位永遠不會達到 360 度的 30 度以內——在這裏也非常適用。

大(da)多(duo)數(shu)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)不(bu)提(ti)供(gong)任(ren)何(he)可(ke)訪(fang)問(wen)的(de)點(dian)來(lai)測(ce)量(liang)穩(wen)定(ding)性(xing)曲(qu)線(xian)。相(xiang)反(fan)，芯(xin)片(pian)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)些(xie)圖(tu)表(biao)，顯(xian)示(shi)預(yu)期(qi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)區(qu)域(yu)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)的(de) ESR 值的關係。圖 4 顯示了輸出電容器 ESR 不穩定區域和穩定區域的典型差異
，具體取決於輸出穩壓器電壓隨輸出電流變化的情況。圖 5 顯示了基於輸出電容值的不穩定區域和穩定區域的差異。

負載響應時間通常與 IC 穩wen定ding性xing產chan品pin區qu域yu成cheng反fan比bi變bian化hua。環huan路lu響xiang應ying時shi間jian已yi減jian慢man
，以yi提ti供gong更geng好hao的de穩wen定ding性xing。外wai部bu輸shu出chu電dian容rong器qi將jiang補bu償chang大da多duo數shu瞬shun態tai要yao求qiu。請qing務wu必bi提ti供gong足zu夠gou大da的de電dian容rong器qi來lai滿man足zu您nin的de要yao求qiu。使shi用yong典dian型xing的de電dian容rong器qi方fang程cheng：

根據係統負載大小、瞬態時間和係統允許的輸出電壓降來計算電容器值。

無wu論lun是shi在zai穩wen壓ya器qi加jia載zai時shi還hai是shi在zai待dai機ji狀zhuang態tai下xia，靜jing態tai電dian流liu都dou已yi成cheng為wei一yi個ge重zhong要yao的de指zhi標biao。從cong曆li史shi上shang看kan
，靜jing態tai電dian流liu並bing不bu是shi一yi個ge問wen題ti。隨sui著zhe汽qi車che中zhong電dian子zi含han量liang的de增zeng加jia
，目mu前qian使shi用yong的de電dian池chi和he交jiao流liu發fa電dian機ji已yi經jing達da到dao了le極ji限xian。半ban導dao體ti製zhi造zao工gong藝yi會hui對dui靜jing態tai電dian流liu量liang產chan生sheng影ying響xiang，我wo們men可ke以yi在zai兩liang種zhong不bu同tong製zhi造zao類lei型xing製zhi造zao的de產chan品pin的de典dian型xing性xing能neng特te征zheng中zhong看kan到dao這zhe種zhong影ying響xiang。圖tu 6 顯示了采用雙極工藝製造的器件，而圖 7 顯示了采用 BCD 工藝製造的器件。請注意采用 BCD 工藝製造的器件的扁平線特性。

雙極工藝導致器件在較高負載下需要增加靜態電流。當在較高負載下運行時，采用 BCD 工藝製造的器件將在低負載下保持低靜態電流。結果是對模塊靜態電流限製的貢獻較低。

節流器

您(nin)可(ke)以(yi)在(zai)節(jie)流(liu)操(cao)作(zuo)中(zhong)使(shi)用(yong)看(kan)門(men)狗(gou)調(tiao)節(jie)器(qi)。看(kan)門(men)狗(gou)調(tiao)節(jie)器(qi)通(tong)過(guo)向(xiang)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)發(fa)送(song)喚(huan)醒(xing)信(xin)號(hao)來(lai)節(jie)省(sheng)電(dian)流(liu)。當(dang)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)指(zhi)令(ling)啟(qi)動(dong)時(shi)

，微(wei)處(chu)理(li)器(qi)將(jiang)並(bing)發(fa)信(xin)號(hao)發(fa)送(song)回(hui)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)器(qi)
，通(tong)知(zhi)調(tiao)節(jie)器(qi)必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)調(tiao)節(jie)。一(yi)旦(dan)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)完(wan)成(cheng)其(qi)命(ming)令(ling)和(he)指(zhi)示(shi)，返(fan)回(hui)調(tiao)節(jie)器(qi)的(de)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)就(jiu)會(hui)被(bei)移(yi)除(chu)。看(kan)門(men)狗(gou)調(tiao)節(jie)器(qi)識(shi)別(bie)該(gai)事(shi)件(jian)並(bing)向(xiang)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)發(fa)送(song)回(hui)複(fu)位(wei)信(xin)號(hao)，將(jiang)其(qi)關(guan)閉(bi)
，如(ru)圖(tu) 8 所示。終結果是電流消耗減少，直到再次需要微處理器的工作為止。

IC 穩壓器領域的另一種新的省流方案是暫時關閉不需要的電路。調節器中不立即需要的任何部分都可以斷電並以脈衝開/關模式運行。

該方案適合寒冷或室溫下的輕負載條件。較高溫度下漏電流的增加（通過環境溫度升高或片上電源引起的芯片溫度升高而達到）使器件的正常運行變得複雜。

人們對雙穩壓器（一個芯片上有兩個獨立的輸出穩壓器）的興趣與日俱增。現在一些微處理器需要雙電源電壓。個電源（通常是較低電壓）為內核供電
，第二個電源為 I/O 供電。降低電壓可以將更多晶體管擠在芯片上，而不會熔化器件或超出其封裝的熱限製。

雖然雙線性穩壓器的用途並不是作為靜態電流節省工具（更多的是為了方便


、節省空間和成本），但它們有助於係統中的節能和功率分配。電流節省是雙穩壓器內通用電路（例如帶隙參考電壓和電流源偏置串）的結果。

在單個 IC 上集成多個穩壓器有利於方便、節省空間和成本，但受到 IC 中允許功率的限製。

封裝是另一個經過改進的領域，可以在單個封裝中消耗更多功率。通過使用金屬引線框架材料（裸露焊盤），熱阻得到了改善。與塑料連接相比，金屬連接可以更有效地散熱。圖 9 顯示了典型的裸露焊盤 (epad) 封裝。該器件采用 300 mil

、16 引線 SOW epad 封裝
，epad 尺寸為 150 mil x 184 mil。

超過製造商的溫度限製（結點處通常約為 150°C/302°F）可能會立即損壞穩壓器
，或者由於矽、焊(han)線(xian)和(he)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)的(de)不(bu)同(tong)熱(re)膨(peng)脹(zhang)係(xi)數(shu)引(yin)起(qi)的(de)應(ying)力(li)而(er)導(dao)致(zhi)早(zao)期(qi)故(gu)障(zhang)。隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)
，故(gu)障(zhang)率(lv)呈(cheng)指(zhi)數(shu)級(ji)上(shang)升(sheng)。目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)提(ti)高(gao)這(zhe)些(xie)電(dian)氣(qi)元(yuan)件(jian)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)。

開關穩壓器

當dang我wo所suo描miao述shu的de所suo有you新xin的de線xian性xing穩wen壓ya器qi選xuan項xiang都dou被bei使shi用yong時shi，開kai關guan穩wen壓ya器qi的de使shi用yong將jiang會hui增zeng加jia。由you於yu外wai部bu元yuan件jian數shu量liang較jiao多duo
，開kai關guan器qi比bi線xian性xing穩wen壓ya器qi更geng昂ang貴gui。他ta們men還hai承cheng擔dan故gu障zhang排pai除chu的de隱yin性xing成cheng本ben。就jiu其qi本ben質zhi而er言yan，切qie換huan器qi具ju有you需xu要yao電dian磁ci幹gan擾rao方fang麵mian的de技ji能neng和he教jiao育yu才cai能neng克ke服fu的de特te性xing。

毫無疑問
，開關穩壓器比 LDO 更高效。開關穩壓器的效率可以達到 90%
，而 LDO 的效率為 36%，如表 1 所示。圖 10 顯示了降壓開關穩壓器的典型效率曲線。

線性穩壓器的功率損耗就是負載電流（忽略任何靜態電流）乘以輸入和輸出之間的電壓差。圖 11 中的示例顯示了穩壓器上的 9V 壓降，因此效率達到 35.7%，與負載無關
，但取決於輸入電壓，如下例所示。

提高線性穩壓器效率的方法是降低其兩端的電壓。您可以通過在線性穩壓器旁邊使用開關穩壓器（如圖 12 所示）來實現此目的，為線性穩壓器創建 6V 直流輸入（與上一示例中的 14V 直流輸入相比）。開kai關guan器qi件jian可ke以yi有you效xiao地di降jiang壓ya至zhi更geng易yi於yu管guan理li的de電dian壓ya

，並bing將jiang該gai電dian壓ya分fen配pei給gei其qi他ta線xian性xing穩wen壓ya器qi運yun行xing。這zhe種zhong布bu置zhi提ti高gao了le切qie換huan器qi的de效xiao率lv
，同tong時shi節jie省sheng了le線xian性xing調tiao節jie器qi的de成cheng本ben。消xiao除chu線xian性xing穩wen壓ya器qi與yu電dian池chi的de連lian接jie可ke以yi進jin一yi步bu降jiang低di成cheng本ben，因yin為wei可ke以yi使shi用yong較jiao低di電dian壓ya的de部bu件jian。

如圖 13 所示，提高的效率使整體係統效率達到 74.7%
，而圖 11 中的效率為 35.7%。

jianshaodianliuxiaohaodelingyizhongfangfashijiangkaiguanwenyaqidegongnengyuxianxingwenyaqixiangjiehe。kaiguanwenyaqizaiqudongqishejifuzaishixiaolv。raner
，dangshuchudianyafuzaibuzhongshi，baochikaiguanwenyaqikaiguansuoxudedianliubiandegengduoshiyizhongfudan，erbushiyizhongshuxing。zaizhexietiaojianxia，xianxingwenyaqikeyigengjiagaoxiao。

圖 14 顯示了能夠在線性穩壓器和開關穩壓器的工作模式之間切換的器件。該模塊分為兩個獨立運行的部分：部分（綠色）支持係統用作降壓開關穩壓器。第二部分（黃色）支持係統用作線性調節器。與溫度無關的參考電壓在兩個部分之間共享。工程師可以根據輸出負載選擇更改模式，以獲得效率或 EMI 要求。在非常輕的負載下，線性穩壓器的效率會更高。負載較重時
，開關穩壓器的效率會更高。線性穩壓器的EMI性能始終優於開關穩壓器。

kaiguanwenyaqideqitayingyongshejiqidongqiche。duiyuxiandaiqicheanquanxitong
，bixuyanzhengmiyaoshifoushuyuqichangshiqidongdecheliang。fadongjiqidongshidezhongfuzaihuidaozhidianchidianyayanzhongxiajiang，zhebudedaozhiyanzhengzhongshejideweichuliqiduandianhuozhongzhi。

為了實現這一點，您需要一個可以為係統提供升壓以及降壓或降壓電壓的設備。實現此目的的一種方法是使用 SEPIC（單端初級電感轉換器），如圖 15 所示。電容器 C1 必須能夠承受該係統的正常高壓操作限製（就反激脈衝而言）以及通過電感器 L1 看到的高壓負載突降脈衝（以及其他瞬態）。這意味著需要一個高壓電容器，並且為了保持效率
，電容器的 ESR 值較低，因為有高電流流過該組件。一些工程師對流過電容器的高電流感到不舒服。可能會發生過熱，導致可靠性問題或電容器劣化（短路或開路）。

該gai問wen題ti的de另ling一yi個ge解jie決jue方fang案an是shi使shi用yong帶dai有you雙shuang模mo轉zhuan換huan器qi的de直zhi通tong區qu技ji術shu。這zhe樣yang可ke以yi在zai降jiang壓ya和he升sheng壓ya操cao作zuo模mo式shi之zhi間jian實shi現xian平ping滑hua過guo渡du，同tong時shi創chuang建jian所suo需xu的de降jiang壓ya/升壓操作。如圖 16 所示。

在正常運行中，晶體管 Q1 作為降壓開關穩壓器運行，同時控製電路保持 Q2 截止。當 Vbat 的輸入電壓下降時
，Q1 100% 導通，同時 Q2 將電路用作升壓開關穩壓器。電阻器 Rpassthrough 有助於設置操作
，通過該操作有一個直通區域
，通過該區域可以稍微改變調節的輸出電壓，以在切換操作模式時提供平滑過渡。

muqiandeqichexitongzhongkeyongdedianlishiyouxiande。conggongchengjiaodulaikan，kaiguanwenyaqibixianxingwenyaqijuyouxiaolv。kaiguanwenyaqijiangshixianjichengdegongneng，danyehuizengjiaxitongdechengben。qichexiaofeizhehuiweiduodegongneng（開關）付費還是滿足於較少的功能（線性穩壓器）？

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