KA_IX

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电源芯片怎么选

2021-1-22 15:51:32 显示全部楼层
一、前言
什么是电源芯片?它有什么作用?在选择电源芯片的时候,应该考虑哪些地方?输入电压线性调整率、输入电压线性变化时对输出电压的相对影响?下面先来了解几个概念问题:
1、输出电压负载调整率:负载电流变化时输出电压相对变化情况
2、输出电压精度:器件输出电压的误差范围
3、负载瞬态响应:负载电流从一个小值到最大流快速变化时,输出电压的波动。
4、电源芯片选择DC/DC还是LDO?
这个取决于你的应用场合。比如用在升压场合,当然只能用DC/DC,因为LDO是压降型,不能升压。

另外看下各自的主要特点:
DC/DC:效率高,噪声大;
LDO:噪声低,静态电流小;
所以如果是用在压降比较大的情况下,选择DC/DC,因为其效率高,而LDO会因为压降大而自身损耗很大部分效率;
如果压降比较小,选择LDO,因为其噪声低,电源干净,而且外围电路简单,成本低。
LDO是lowdropoutregulator,意为低压差线性稳压器,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高出2v~3V以上,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,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。

LDO线性降压芯片:原理相当于一个电阻分压来实现降压,能量损耗大,降下的电压转化成了热量,降压的压差和负载电流越大,芯片发热越明显。这类芯片的封装比较大,便于散热。
LDO线性降压芯片如:2596,L78系列等。
DC/DC降压芯片:在降压过程中能量损耗比较小,芯片发热不明显。芯片封装比较小,能实现PWM数字控制。
DC/DC降压芯片如:TPS5430/31,TPS75003,MAX1599/61,TPS61040/41
LDO是lowdropoutregulator,意为低压差线性稳压器,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高出2v~3V以上,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,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。

二、什么是LDO(低压降)稳压器?
LDO是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。
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;与之相比,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。
更新的发展使用CMOS功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DCDC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器,包括LDO。但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思,这有一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA,电压降只有100mV。
LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力,输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由於MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。
如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。所以,在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用,LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长,同时噪音较低。
如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DCDC了,因为从上面的原理可以知道,LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
近几年来,随著半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低,体积越来越小。由於出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。
总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。
LDO体积小,干扰较小,当输入与输出电压差较大化,转换效率低。
DC-DC好处就是转换效率高,可以大电流,但输出干扰较大,体积也相对较大。
LDO一般是指线性的稳压器--LowDropOut,而DC/DC则是线性式和开关式稳压器的总称。
如果你的输出电流不是很大(如3A以内),而且输入输出压差也不大(如3.3V转2.5V等)就可以使用LDO的稳压器(优点是输出电压的ripple很小)。否则最好用开关式的稳压器,如果是升压,也只能用开关式稳压器(如果ripple控制不好,容易影响系统工作)。
三、LDO的选择
当所设计的电路对分路电源有以下要求:
1、高的噪音和纹波抑制;
2、占用PCB板面积小,如手机等手持电子产品;
3、电路电源不允许使用电感器,如手机;
4、电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能;
5、要求稳压器低压降,自身功耗低;
6、要求线路成本低和方案简单;
此时,选用LDO是最恰当的选择,同时满足产品设计的各种要求。以上就是电源芯片的选择方法,希望能给大家帮助,需要大家在设计的时候,根据项目的不同来选择。

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