超低壓差線性穩(wěn)壓器(ULDO)的拓?fù)浼軜?gòu)及應(yīng)用

近年來(lái)，低壓差穩(wěn)壓器(LDO|0">LDO)在各類電子設(shè)備，尤其是對(duì)電能有苛刻需求的消費(fèi)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?fù)浼軜?gòu)的限制，越來(lái)越難以滿足應(yīng)用的需求。于是，基于新型拓?fù)浼軜?gòu)的超低壓差穩(wěn)壓器(ULDO|0">ULDO)應(yīng)運(yùn)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(diǎn)有：電路架構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出紋漣波很低、外部組件很少且簡(jiǎn)單等等。一般的LDO架構(gòu)為：一個(gè)誤差放大器驅(qū)動(dòng)一個(gè)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(dāng)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(shí)，用傳統(tǒng)單電源、P-MOSFET的架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)LDO就變得相當(dāng)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(lái)當(dāng)驅(qū)動(dòng)器，以相同大小的驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，N-MOSFET的驅(qū)動(dòng)特性一般來(lái)說(shuō)是優(yōu)于P-MOSFET的。但在低輸入電壓時(shí)，N-MOSFET的驅(qū)動(dòng)特性又顯不足，且可能不適合整個(gè)IC的工作電壓。為此，采用了另一組電源輸入來(lái)提供IC穩(wěn)定的工作電壓，并且大大提升N-MOSFET之驅(qū)動(dòng)能力。藉此方法達(dá)成低電壓輸入轉(zhuǎn)換低電壓輸出并且能驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電流。

ULDO的特性和拓?fù)浼軜?gòu)

AX6610-6615系列ULDO產(chǎn)品設(shè)計(jì)皆采用雙電源之架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，電源VIN為輸出轉(zhuǎn)換的來(lái)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(dòng)器。AX6610-6615的參考電位設(shè)計(jì)在0.8伏特，因此最低的可輸出電壓可達(dá)0.8伏特。其輸出電壓軟啟動(dòng)時(shí)間僅有1毫秒，可大幅降低開機(jī)時(shí)的電流浪涌。輸入電壓VIN、VCNTL皆具有過低電壓監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)輸入電壓過低時(shí)會(huì)停止輸出，可避免本身IC端與后方系統(tǒng)端的功能誤動(dòng)作。此外，為了確保后端系統(tǒng)所得到的電壓正確無(wú)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(shí)會(huì)啟用，具有自我快速放電功能。過電流保護(hù)電路，會(huì)在電流超過安全范圍時(shí)予以限制。若當(dāng)輸出處于短路狀態(tài)時(shí)，還將啟動(dòng)輸出周期性開啟機(jī)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?yàn)榇藭r(shí)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(huì)持續(xù)累積，溫度會(huì)上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)最高溫度容許值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)過溫保護(hù)功能，此時(shí)會(huì)關(guān)閉輸出，以避免IC燒毀，直到溫度恢復(fù)到回復(fù)點(diǎn)，此時(shí)輸出將會(huì)被重啟。此外在線性穩(wěn)定度、負(fù)載穩(wěn)定度與電源抑制比等指標(biāo)上(PSRR)，AX6610-6615亦有相當(dāng)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(shì)

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

1.外部零件復(fù)雜

2.較高的輸出噪聲和待機(jī)功耗

3.較高的BOM成本

為此阿瑟萊特科技特別針對(duì)例如UMPC/MID產(chǎn)品而推出兼具極簡(jiǎn)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(duì)省電的要求，例如在搭載Intel ATOM或VIA NANO平臺(tái)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(lán)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(dòng)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(duì)客戶而言有極高的性價(jià)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(jī)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(jì)算機(jī)，主機(jī)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(dá)-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(cè)，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(hù)功能包括軟啟動(dòng)、低電壓鎖定(UVLO)、短路保護(hù)(SCP)、過溫度保護(hù)(OTP)及過電流保護(hù)(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(jì)達(dá)到極小化的要求。

AX6610-6615采用底部無(wú)遮蔽墊的SOP-8 LEP無(wú)鉛封裝，利用散熱片可以將熱量導(dǎo)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(dá)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。