01
物联网系统中为什么要使用线性电源芯片(LDO)
在物联网系统中,使用线性电源芯片(LDO,Low Dropout Regulator)的原因主要可以归纳为以下几点:
低功耗与高效率
高稳定性
低噪声
LDO的噪声性能较好,有助于降低物联网设备的噪声干扰。这对于需要高精度数据采集和处理的物联网应用尤为重要,如医疗监测、环境监测等领域。
简单易用
成本效益
尽管在某些高功率应用中,开关电源可能具有更高的效率,但在物联网领域,由于设备数量众多且对成本敏感,LDO因其低成本和高集成度而具有显著优势。通过选择合适的LDO型号和优化电路设计,可以在满足性能要求的同时降低成本。
保护机制
部分LDO还具备过流保护、过热关断等安全机制,能够在异常情况下保护电路和设备免受损坏,提高系统的可靠性和安全性。
综上所述,LDO因其低功耗、高效率、高稳定性、低噪声、简单易用以及成本效益等优点,在物联网系统中得到了广泛应用。随着物联网技术的不断发展,LDO在无线传感器电源设计中的应用将更加广泛,为物联网应用提供更加高效、可靠的电源解决方案。
本文会再为大家详解电源芯片家族中的一员——线性电源芯片(LDO)。
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线性电源芯片(LDO)的简介
LDO(low dropout regulator,低压差线性稳压器)。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5V转3.3V,输入与输出之间的压差只有1.7v,显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况,芯片制造商们才研发出了LDO类的电压转换芯片。
03
线性电源芯片(LDO)的分类
PMOS LDO:
常见的LDO是由P管构成的,由于LDO效率比较低,因此一般不会走大电流。
NMOS LDO:
针对某些大电流低压差需求的场合,NMOS LDO应运而生。
传统PNP LDO:
正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为 PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为 200mV 左右。
传统NPN LDO:
使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。
04
线性电源芯片(LDO)的工作原理
LDO=low dropout regulator,低压差+线性+稳压器。
4.1内部结构
以PMOS LDO为例:
LDO内部基本都是由4大部件构成,分别是分压取样电路、基准电压、误差放大电路和晶体管调整电路。
4.2 负反馈流程
以PMOS LDO为例:
反馈回路
PMOS驱动的反馈
LDO工作原理就一句话:通过运放调节P-MOS的输出。
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主要参数
输入输出压差(Dropout Voltage):
对于LDO来说,输入电压是高于输出电压的,但是两者压差一般都是很小,LDO的输入电流几乎等于输出电流,因此压差越大,效率越低(本身吃掉了很多能量电流×晶体管压降),压差越小,LDO电压转换效率越高以及能量损耗越小。
电源抑制比(PSRR):
LDO的 PSRR数据是用来量化LDO对不同频率的输入电源纹波的抑制能力的,它反映了LDO不受噪声和电压波动、保持输出电压稳定的能力。在特定频段内,PSRR越大越好。
100K到1MHz内的PSRR非常重要,这个是DCDC的噪声频率范围,LDO经常作为DCDC的下一级,要有能力滤除来自DCDC的大量噪声。
在ADC,DAC,Camera的AVDD供电上,我们要选择PSRR大于80dB(@100Hz)的LDO。LDO的环路控制往往是确定电源抑制性能的主要因素,同时大容量,低ESR的电容对电源一直也非常有用,建议选择陶瓷电容。
PSRR与频率有关,LDO的规格书一般会给出几个频点的PSRR值。
噪声(Noise):
不同于PSRR,噪声是指LDO自身产生的噪声信号,低噪声的LDO稳压芯片可以很好的降低LDO产生的额外噪声,输出的电压更纯净,噪声一般计算出的值是有效值(rms),也可以用peak to peak来分析。
如下是某LDO的噪声水平,通常在uV级别
LDO输出噪声的另一种表示方式是噪声频谱密度。只有高精度,低噪声电路上才需要关注这个参数。
静态电流(Iq):
静态电流(Quiescent Current)是外部负载电流为0时,LDO内部电路供电所需的电流。内部电路包括带隙基准电压源、误差放大器、输出分压器以及过流和过温检测电路。这个电流经过从LDO的GND流出。
在一些电池供电低功耗场景下,要考虑LDO本身自身消耗的静态电流。休眠阶段的电源消耗成为影响电池寿命的关键因素。要想最大限度地降低睡眠期间的功率消耗,选择具有极低静态电流的器件就是必须的。一般LDO芯片的静态电流的大小与芯片的其他性能成反关系,如低噪声,高电源电压抑制比,动态性能好的LDO静态电流都偏大一些。低IQ的LDO做的好的话<100nA。
06
线性电源芯片(LDO)和DCDC区别
LDO外围器件少,电路简单,成本低,通常只需要一两个旁路电容;
07
应用电路
7.1 ACDC电路
最常见的AC/DC电源,交流电源电压经变压器后,变换成所需要的电压,该电压经整流后变为直流电压。
在该电路中,低压差线性稳压器的作用是:在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压,抑制纹波电压,消除电源产生的交流噪声。
7.2 蓄电池电路
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化,为了保证蓄电池组输出恒定电压,通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器。
低压差线性稳压器的功率较低,因此可以延长蓄电池的使用寿命,同时,由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近,因此在蓄电池接近放电完毕时,仍可保证输出电压稳定。
7.3 开关性稳压电源电路
众所周知,开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高,噪声较大,电压调整率等性能也较差,特别是对模拟电路供电时,将产生较大的影响。
在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器,就可以实现有源滤波,而且也可大大提高输出电压的稳压精度,同时电源系统的效率也不会明显降低。
7.4 共电池电路
在某些应用中,比如无线电通信设备通常只有一足电池供电,但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压,因此必须由多只稳压器供电。
为了节省共电池的电量,通常设备不工作时,都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态,为此,要求线性稳压器具有使能控制端。
有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统。
7.5 附加功能
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选取原则
供应商A :亚科美微
1、产品能力
(1)选型手册亚科美微电子产品型录.pdf
(2)主推型号1: ACM29302WU_WU
对应的产品详情介绍
产品概述
MIC29302WU是一款由亚科美微电子(深圳)有限公司设计生产的低压差、大电流且精度高的电压调节器电路。该芯片以超βPNP工艺制作的PNP管作为调节元件,具有优异的性能表现。
主要特性
应用领域
MIC29302WU广泛应用于需要大电流、低压差和稳定电压输出的电源系统中。特别是在电池供电的物联网设备、便携式电子设备、汽车电子、工业自动化等领域中,其高性能和可靠性得到了广泛的认可和应用。
封装与尺寸
该芯片采用TO-263-5封装,具有良好的散热性能和较小的体积,便于在电路板上布局和安装。
ACM29302地端电流大约为 IOUT 的 0.01A,不适用于电池供电设备长期在低功耗运行的场景。
2、支撑
(1)技术产品
ACM29302WU_WT.pdf
供应商B:国芯
1、产品能力
(1)选型手册
(2)主推型号:AMS111733
对应的产品详情介绍
产品概述
AMS1117-3.3是由国内芯片制造商(如赫尔半导体、友台半导体、深圳汉芯等)生产的低压差线性稳压器,具有固定的输出电压3.3V。它广泛应用于各种需要稳定电压供电的电子设备中,特别是在对电源噪声敏感的电路中表现尤为出色。
主要特性
封装与尺寸
AMS1117-3.3芯片通常采用不同的封装形式,如TO-252等。封装尺寸紧凑,便于在电路板上布局和安装。
应用领域
选择建议
在选择AMS1117-3.3芯片时,建议考虑以下因素:
散热问题:
AMS1117最大能提供1A以上电流,因此当电流工作在大电流,高输入输出电压情况下时,芯片自身所消耗功耗将达到几瓦的数量级,此时必须考虑芯片的热耗散能力。
线性电源输入输出的压差大,要注意是否会导致芯片过热,加速芯片老化,埋下质量隐患。设计人员一定要严谨,做到精益求精。比如给stm32的系统供电,需要先用LM2596从12V降到5V,再用1117降到3.3V,没特别要求的供电,这种方案可适用大多数的供电场合。
AMS1117的SOT-223贴片式封装形式热阻约为20°C/W(从芯片的内部到封装基板),从封装基板和环境温度之间的热阻取决于应用AMS1117的PCB板上的铜箔面积,当铜箔面积等于5cm*5cm(正反两面)时,该热阻约为30°C/W。因此总的热阻为20°C/W。若想进一步降低热阻则需适当增加铜箔面积
奇迹物联叉车监控项目, AM21EV4 demo板
2、支撑
(1)技术产品
C2992570_AMS1117-3.3_2022-07-29.pdf
供应商C:贝岭
1、产品能力
(1)选型手册
(2)主推型号1:BL9157
产品详情介绍
贝岭BL9157是一款由上海贝岭(BELLING)生产的低功耗CMOS型低压差线性稳压器芯片IC。以下是对该产品的详细介绍:
基本信息
技术参数
物理尺寸
长度、宽度和高度可能因封装形式而异,但通常较小,便于在电路板上安装。
应用领域
贝岭BL9157低功耗CMOS型低压差线性稳压器芯片IC广泛应用于需要稳定电压供应的电子设备中,如便携式设备、消费电子、工业自动化、汽车电子等领域。其低功耗特性使得它在电池供电的设备中尤为受欢迎。
注意事项
总之,贝岭BL9157是一款性能优良、低功耗的CMOS型低压差线性稳压器芯片IC,适用于多种电子设备中。如需更多信息,请查阅相关数据手册或咨询专业人士。
(3)主推型号2:BL9133
产品详情介绍
基本信息
技术参数
应用领域
贝岭BL9133作为电子元器件,可能广泛应用于各种需要稳定电压供应的电子设备中,如消费电子、工业自动化、汽车电子等领域。其具体的应用场景可能因产品特性和客户需求而异。
注意事项
总之,贝岭BL9133是一款性能稳定、符合环保要求的电子元器件,适用于多种电子设备中。如需更多信息,请查阅相关数据手册或咨询专业人士。
(4)主推型号3:BL9136
对应的产品详情介绍
2、支撑
(1)技术产品
BL9157_V1.1_en.pdf
Belling-BL91XX.pdf
供应商D:德仪(TI)
1、产品能力
(1)选型手册
(2)主推型号1:TLV70033DDCR
对应的产品详情介绍
奇迹物联叉车监控项目
2、支撑
(1)技术产品
tlv700.pdf
供应商E:HOLTEK(台湾泰合)
1、产品能力
(1)选型手册
(2)主推型号1:HT7530-3
产品详情介绍
2、支撑
(1)技术产品
VIN=30VVOUT=3V100MA_2018-12-07 (1).PDF
低功耗:1μA
低电压降:30mV
低温系数:100PPM/℃
高输入电压:高达30V
静态电流1:μA
高输出电流:100mA
输出电压精度:公差±2%
封装:3针TO92、3针SOT89和5针SOT23
供应商F:RICHTEK(台湾立锜)
1、产品能力
(1)选型手册
RICHTEK RT_PRODUCT_LDO_SINGLE(2023-02-15).xls
(2)主推型号1:RT9013
对应的产品详情介绍
2、支撑
(1)技术产品
C47773_正VIN=5.5VVOUT=3.3V500MA50DB@(10KHZ)_2015-05-04.PDF
供应商G:ON/安森美
1、产品能力
(1)选型手册
(2)主推型号1:MC7805
产品详情介绍
奇迹物联利驰叉车监控项目
2、支撑
(1)技术产品
C83632_正VIN=35VVOUT=5V1A68DB@(120HZ)MC7805BDTG.PDF
输出类型:固定
输出极性:正
输出通道数:1
最大输入电压:35V
输出电压:5V
压差 :2V@(1A)
输出电流:1A
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