芝識(shí)課堂【分立半導(dǎo)體】——電子設(shè)備的能力管理大師：電源管理IC（中）

時(shí)間：2021-08-19 15:18:11

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[導(dǎo)讀]點(diǎn)擊“東芝半導(dǎo)體”，馬上加入我們哦！電源管理IC在上篇文章中，我們介紹了電源管理IC的基本知識(shí)和產(chǎn)品分類。今天我們將圍繞線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理與功能展開(kāi)討論。線性穩(wěn)壓器原理01串聯(lián)穩(wěn)壓器如下圖所示，串聯(lián)穩(wěn)壓器不需要外部組件（需要輸入／輸出電容器）。MOSFET作為可變電阻進(jìn)...

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電源管理IC

在上篇文章中，我們介紹了電源管理IC的基本知識(shí)和產(chǎn)品分類。今天我們將圍繞線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理與功能展開(kāi)討論。

線性穩(wěn)壓器原理

串聯(lián)穩(wěn)壓器

如下圖所示，串聯(lián)穩(wěn)壓器不需要外部組件（需要輸入／輸出電容器）。MOSFET作為可變電阻進(jìn)行工作，因此輸出電壓變?yōu)楹愣妷骸?/span>

MOSFET的漏極和源極之間的電位差（VIN－VOUT）×輸入電流（IIN）將產(chǎn)生損耗。例如，如果輸入是5V，輸出是3V，則效率是60%。這種穩(wěn)壓器適用于要求低噪聲和精確輸出電壓的電路電源。

并聯(lián)穩(wěn)壓器

圖中虛線所包圍的區(qū)域是并聯(lián)穩(wěn)壓器中的IC。它需要三個(gè)外部電阻，內(nèi)置的晶體管作為可變電阻進(jìn)行工作，因此IK＋I(xiàn)OUT＝IIN＝常數(shù)。其結(jié)果是，在RSD處產(chǎn)生的電壓變?yōu)楹愣?，并且輸出電壓變?yōu)楹愣妷骸５溯敵鲭娏魍?，還需要通過(guò)晶體管的陰極電流。此外，在輸入側(cè)電阻RSD處存在電壓降，這將降低效率。它適用于開(kāi)關(guān)電源參考電壓和開(kāi)關(guān)電源光耦驅(qū)動(dòng)電路等低電流（~20mA）應(yīng)用。

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開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理

降壓型轉(zhuǎn)化器

降壓型轉(zhuǎn)化器是借著開(kāi)關(guān)將直流電壓VIN做時(shí)間分割后，以電感和電容器使其平滑化來(lái)轉(zhuǎn)換成所希望的直流電壓。降壓型轉(zhuǎn)化器圖中顯示了電壓運(yùn)動(dòng)圖像。矩形波由MOSFET重復(fù)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生。該波作用于線圈，對(duì)矩形波進(jìn)行平整（平均）后，可以得到所需的直流電壓。輸出電壓值則由矩形波占空比決定。

升壓型轉(zhuǎn)化器

如升壓型轉(zhuǎn)化器圖中所示，當(dāng)MOSFET接通時(shí)，電流主要流過(guò)線圈和MOSFET。此時(shí)，能量在線圈中積聚。線圈的工作旨在釋放積聚的能量并抑制電流的變化。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，到此為止流過(guò)線圈的電流將失去方向。但由于線圈的持續(xù)電流特性，線圈端的電壓升高，電流流過(guò)二極管，電容器充電。這會(huì)導(dǎo)致超過(guò)輸入電壓的電壓產(chǎn)生。

LDO的功能

欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)輸入電壓降到規(guī)定的輸入電壓以下時(shí)，該功能使IC處于待機(jī)狀態(tài)，使得內(nèi)部電路不會(huì)不穩(wěn)定發(fā)生故障。

電流限制

當(dāng)輸出端子VOUT進(jìn)入非故意短路模式狀態(tài)時(shí)，該功能可防止由于器件本身發(fā)熱而導(dǎo)致的性能下降和損壞。過(guò)流保護(hù)有兩種類型：一種是同時(shí)降低輸出電流和輸出電壓的折疊型；另一種是在保持輸出電流恒定的情況下降低輸出電壓的限流型。

熱關(guān)斷（TSD）

它是一種防止因顯著的環(huán)境溫升而導(dǎo)致器件性能下降和損壞，以及防止因意外的大電流負(fù)載等而導(dǎo)致器件本身發(fā)熱的電路。當(dāng)內(nèi)部溫度檢測(cè)電路檢測(cè)到指定溫度時(shí)，輸出晶體管被關(guān)斷。

輸出放電

當(dāng)輸出晶體管關(guān)斷時(shí)，VOUT的端子電壓可以根據(jù)連接到輸出端子的負(fù)載電容保持一定的時(shí)間。此電路將快速釋放積聚在負(fù)載側(cè)的電荷，并將VOUT端子電壓降至IC GND左右。

線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是兩種常用的電源類型。兩者各有優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，工程師需要根據(jù)電路需求，衡量尺寸、成本、穩(wěn)定性等因素，做出正確選擇并妥善實(shí)現(xiàn)方案。在下期的文章中，我們將繼續(xù)為大家介紹電源管理IC中的負(fù)載開(kāi)關(guān)，敬請(qǐng)期待！

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