超低壓差線性穩(wěn)壓器(ULDO)的拓撲架構(gòu)及應(yīng)用

近年來，低壓差穩(wěn)壓器(LDO|0">LDO)在各類電子設(shè)備，尤其是對電能有苛刻需求的消費類電子中，得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著更低壓差應(yīng)用需求的發(fā)展，由于LDO拓撲架構(gòu)的限制，越來越難以滿足應(yīng)用的需求。于是，基于新型拓撲架構(gòu)的超低壓差穩(wěn)壓器(ULDO|0">ULDO)應(yīng)運而生。

ULDO與LDO的差異

LDO是一種用途極為廣泛的集成電路(IC)，它的優(yōu)點有：電路架構(gòu)簡單、輸出紋漣波很低、外部組件很少且簡單等等。一般的LDO架構(gòu)為：一個誤差放大器驅(qū)動一個P型 MOSFET ，利用回授電位與參考電位做比較，使輸出保持在正確的電壓。但是當系統(tǒng)中需求的是超低壓差、低輸出電壓(0.8~1.8V)、高輸出電流時，用傳統(tǒng)單電源、P-MOSFET的架構(gòu)來設(shè)計LDO就變得相當困難了。因此AX6610-6615超低壓差穩(wěn)壓器系列產(chǎn)品采用N-MOSFET來當驅(qū)動器，以相同大小的驅(qū)動器來說，N-MOSFET的驅(qū)動特性一般來說是優(yōu)于P-MOSFET的。但在低輸入電壓時，N-MOSFET的驅(qū)動特性又顯不足，且可能不適合整個IC的工作電壓。為此，采用了另一組電源輸入來提供IC穩(wěn)定的工作電壓，并且大大提升N-MOSFET之驅(qū)動能力。藉此方法達成低電壓輸入轉(zhuǎn)換低電壓輸出并且能驅(qū)動大負載電流。

ULDO的特性和拓撲架構(gòu)

AX6610-6615系列ULDO產(chǎn)品設(shè)計皆采用雙電源之架構(gòu)來設(shè)計，電源VIN為輸出轉(zhuǎn)換的來源，電源VCNTL為內(nèi)部電路所用電源。再搭配使用N-MOSFET作為驅(qū)動器。AX6610-6615的參考電位設(shè)計在0.8伏特，因此最低的可輸出電壓可達0.8伏特。其輸出電壓軟啟動時間僅有1毫秒，可大幅降低開機時的電流浪涌。輸入電壓VIN、VCNTL皆具有過低電壓監(jiān)測功能，當輸入電壓過低時會停止輸出，可避免本身IC端與后方系統(tǒng)端的功能誤動作。此外，為了確保后端系統(tǒng)所得到的電壓正確無誤，本產(chǎn)品具有POWER-OK引腳，用以提供后端系統(tǒng)告警之用。本身IC內(nèi)部具備一90歐的放電電阻，在輸出關(guān)閉時會啟用，具有自我快速放電功能。過電流保護電路，會在電流超過安全范圍時予以限制。若當輸出處于短路狀態(tài)時，還將啟動輸出周期性開啟機制，不讓輸出電流持續(xù)處于高壓差且限制電流值的狀態(tài)(因為此時之發(fā)熱功率為最大)直到短路狀態(tài)被解除。在持續(xù)重載或大跨壓下，熱量會持續(xù)累積，溫度會上升，當?shù)竭_最高溫度容許值時，會啟動過溫保護功能，此時會關(guān)閉輸出，以避免IC燒毀，直到溫度恢復到回復點，此時輸出將會被重啟。此外在線性穩(wěn)定度、負載穩(wěn)定度與電源抑制比等指標上(PSRR)，AX6610-6615亦有相當優(yōu)異的表現(xiàn)。

圖1：AX661x 系列ULDO芯片架構(gòu)方框圖。

ULDO的應(yīng)用趨勢

在要求“低價、外型輕薄和具備移動上網(wǎng)功能”的未來4C產(chǎn)品前提下，其中的電源設(shè)計方案必須摒棄傳統(tǒng)方案的如下缺點：

1.外部零件復雜

2.較高的輸出噪聲和待機功耗

3.較高的BOM成本

為此阿瑟萊特科技特別針對例如UMPC/MID產(chǎn)品而推出兼具極簡化外圍組件和超低壓差的1A～5A的ULDO線性穩(wěn)壓器，即AX6610~AX6615系列，并且為因應(yīng)其產(chǎn)品輕巧和對省電的要求，例如在搭載Intel ATOM或VIA NANO平臺上的電源所需提供UMPC/MID的各組低電壓轉(zhuǎn)換所要求的穩(wěn)定電源供應(yīng)方案。

例如: 1.5V轉(zhuǎn)1.2V穩(wěn)定供給802.11/藍牙wireless模塊所需的1A～5A電源管理方案或1.8V/1.5V轉(zhuǎn)1.1V供給系統(tǒng)芯片集PCH(Platform Controller Hub)的2A～4A動態(tài)電源所需，可將外部所需要的組件減到最少并且能比傳統(tǒng)的開關(guān)式穩(wěn)壓器得到更低的紋波噪聲，對客戶而言有極高的性價比。

圖2： AX6610的典型應(yīng)用電路。

AX6610～6615系列為可提供在大電流，超低壓差，低紋波干擾，又兼具極低待機功耗(30μA以下)的線性電壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓最低可由1.1V到最高5伏，輸出電壓可以在0.8～3.3伏之間依需要調(diào)整，主要應(yīng)用于低電壓輸入輸出的線性電壓轉(zhuǎn)換器，筆記本電腦型計算機，主機板，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)...等裝置的電壓轉(zhuǎn)換。

AX6610-6615應(yīng)用上提供高抗噪聲功能(PSRR高達-65dB)及穩(wěn)定的工作電壓，輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)快，而且提供Power-OK輸出功能，方便提供電源監(jiān)測，輸出電容可適用于固態(tài)電容(鋁/鉭)及陶瓷電容(MLCC)，其內(nèi)部具有完整的系統(tǒng)保護功能包括軟啟動、低電壓鎖定(UVLO)、短路保護(SCP)、過溫度保護(OTP)及過電流保護(OCP)功能而不需使用外部多余組件即可做到上述功能而且使電路設(shè)計達到極小化的要求。

AX6610-6615采用底部無遮蔽墊的SOP-8 LEP無鉛封裝，利用散熱片可以將熱量導至印刷電路板上，大幅降低組件表面溫度以符合UMPC/MID應(yīng)用需求。

阿瑟萊特科技(AXElite Technology)在今年3Q還剛剛推出比AX66xx系列擁有更高耐電壓(達到24V)并且具有大電流輸出，極低壓差特性的AX1201～AX1204系列ULDO方案，其高耐壓的特性非常適合UMPC/MID/Netbook的5V或12V低失真電源需求如TV/監(jiān)視器的音頻電源或UMPC/MID之充電座的電源需求。