高性能、低飽和線性穩(wěn)壓器的開發(fā)分析

在整機(jī)設(shè)備不斷實(shí)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(guān)電源用線性穩(wěn)壓器市場的主流。為了實(shí)現(xiàn)高性能和高速度，設(shè)備內(nèi)部采用的微型計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)工藝年年都在取得突飛猛進(jìn)的進(jìn)步和發(fā)展，與此同時(shí)，這些微型計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)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(yīng)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(guān)電源設(shè)定中間電壓，利用LDO穩(wěn)壓器提供LSI電源的新技術(shù)手段。另一方面，在電池設(shè)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(zhuǎn)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(gòu)。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(gòu)的設(shè)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(shí)，不斷完善其為了適應(yīng)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(bǔ)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(shí)，通過采用ROHM具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的修整技術(shù)，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(qū)動(dòng)輸出的晶體管，即使增加負(fù)荷電流，也能夠控制電路電流，有利于熱設(shè)計(jì)。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(diào)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(biāo)準(zhǔn)型固定輸出及可調(diào)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(shí)現(xiàn)2A高輸出電流的同時(shí)，將輸出電壓的精度提高了±1%，并實(shí)現(xiàn)了0.5V低壓差電壓。對應(yīng)輸入電壓的變動(dòng)，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(dòng)。另外，引腳配置同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)設(shè)備為了降低不工作部分的功耗，在每個(gè)區(qū)域?qū)嵭星袛嚯娫吹碾娫垂芾怼D□□KA5系列及BA□□DD0系列的所有型號(hào)產(chǎn)品，都帶有根據(jù)外部邏輯中斷所有線路工作的關(guān)機(jī)開關(guān)功能，待機(jī)時(shí)的電流消耗為0μA(典型值)，有利于低功耗設(shè)計(jì)。

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

1.過電流保護(hù)回路。采用自動(dòng)回落型保護(hù)線路。如果過電流保護(hù)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(hù)線路相比，能夠?qū)⑻幱诙搪返犬惓顟B(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(hù)回路。溫度保護(hù)線路在芯片溫度超過Tj=150℃時(shí)自動(dòng)停止輸出，防止因溫度過高而導(dǎo)致的芯片的損壞，從而達(dá)到保護(hù)芯片的目的。如果芯片溫度下降，則有磁滯幅寬來恢復(fù)輸出(圖4)。

3.過電壓保護(hù)回路。過電壓保護(hù)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(hù)回路會(huì)啟動(dòng)，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(dá)到6KV以上，在任何環(huán)境里都具有較高的可靠性。