【導讀】線性穩壓器有什麼新功能？讓我們從輸出電容器開始。采用熟悉的 0402 封裝的陶瓷電容器是當今的電容器。這主要是因為改進的材料將其溫度範圍從 125°C (257°F) 提高到 150°C (302°F)，並且改進的安裝方法減少了熱衝擊並提高了抗振性。

新型線性穩壓器

線性穩壓器有什麼新功能？讓我們從輸出電容器開始。采用熟悉的 0402 封裝的陶瓷電容器是當今的電容器。這主要是因為改進的材料將其溫度範圍從 125°C (257°F) 提高到 150°C (302°F)
，並bing且qie改gai進jin的de安an裝zhuang方fang法fa減jian少shao了le熱re衝chong擊ji並bing提ti高gao了le抗kang振zhen性xing。這zhe些xie電dian容rong器qi的de小xiao尺chi寸cun減jian少shao了le其qi電dian感gan分fen量liang，從cong而er獲huo得de更geng好hao的de高gao頻pin性xing能neng。但dan陶tao瓷ci電dian容rong器qi值zhi得de關guan注zhu的de關guan鍵jian特te性xing是shi其qi低di等deng效xiao串chuan聯lian電dian阻zu (ESR)。

基本的閉環線性調節器係統由誤差放大器、輸出驅動器和負載組成。圖 1 至圖 3 詳細介紹了雙極性線性穩壓器的閉環頻率響應
，突出顯示了在保持係統設置和輸出電容值相同的情況下改變輸出電容器 ESR 的效果。具有 1 歐姆 ESR（圖 1）的電容器是穩定的，而具有非常低的 0.01 歐姆 ESR（圖 2）的電容器是不穩定的；3 歐姆的較大 ESR（圖 3）也不穩定。

開關電源的一條經驗法則——每當閉環增益大於或等於 1 時
，閉環相位永遠不會達到 360 度的 30 度以內——在這裏也非常適用。

大(da)多(duo)數(shu)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)不(bu)提(ti)供(gong)任(ren)何(he)可(ke)訪(fang)問(wen)的(de)點(dian)來(lai)測(ce)量(liang)穩(wen)定(ding)性(xing)曲(qu)線(xian)。相(xiang)反(fan)，芯(xin)片(pian)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)些(xie)圖(tu)表(biao)
，顯(xian)示(shi)預(yu)期(qi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)區(qu)域(yu)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)的(de) ESR 值的關係。圖 4 顯示了輸出電容器 ESR 不穩定區域和穩定區域的典型差異
，具體取決於輸出穩壓器電壓隨輸出電流變化的情況。圖 5 顯示了基於輸出電容值的不穩定區域和穩定區域的差異。

負載響應時間通常與 IC wendingxingchanpinquyuchengfanbibianhua。huanluxiangyingshijianyijianman，yitigonggenghaodewendingxing。waibushuchudianrongqijiangbuchangdaduoshushuntaiyaoqiu。qingwubitigongzugoudadedianrongqilaimanzunindeyaoqiu。shiyongdianxingdedianrongqifangcheng：

根據係統負載大小、瞬態時間和係統允許的輸出電壓降來計算電容器值。

無(wu)論(lun)是(shi)在(zai)穩(wen)壓(ya)器(qi)加(jia)載(zai)時(shi)還(hai)是(shi)在(zai)待(dai)機(ji)狀(zhuang)態(tai)下(xia)

，靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)都(dou)已(yi)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)指(zhi)標(biao)。從(cong)曆(li)史(shi)上(shang)看(kan)，靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)並(bing)不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)。隨(sui)著(zhe)汽(qi)車(che)中(zhong)電(dian)子(zi)含(han)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，目(mu)前(qian)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)池(chi)和(he)交(jiao)流(liu)發(fa)電(dian)機(ji)已(yi)經(jing)達(da)到(dao)了(le)極(ji)限(xian)。半(ban)導(dao)體(ti)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)會(hui)對(dui)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)量(liang)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)在(zai)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)製(zhi)造(zao)類(lei)型(xing)製(zhi)造(zao)的(de)產(chan)品(pin)的(de)典(dian)型(xing)性(xing)能(neng)特(te)征(zheng)中(zhong)看(kan)到(dao)這(zhe)種(zhong)影(ying)響(xiang)。圖(tu) 6 顯示了采用雙極工藝製造的器件，而圖 7 顯示了采用 BCD 工藝製造的器件。請注意采用 BCD 工藝製造的器件的扁平線特性。

雙極工藝導致器件在較高負載下需要增加靜態電流。當在較高負載下運行時，采用 BCD 工藝製造的器件將在低負載下保持低靜態電流。結果是對模塊靜態電流限製的貢獻較低。

節流器

ninkeyizaijieliucaozuozhongshiyongkanmengoutiaojieqi。kanmengoutiaojieqitongguoxiangweichuliqifasonghuanxingxinhaolaijieshengdianliu。dangweichuliqizhilingqidongshi，weichuliqijiangbingfaxinhaofasonghuidianyatiaojieqi，tongzhitiaojieqibixubaochitiaojie。yidanweichuliqiwanchengqiminglinghezhishi，fanhuitiaojieqidefankuixinhaojiuhuibeiyichu。kanmengoutiaojieqishibiegaishijianbingxiangweichuliqifasonghuifuweixinhao，jiangqiguanbi，rutu 8 所示。終結果是電流消耗減少，直到再次需要微處理器的工作為止。

IC 穩壓器領域的另一種新的省流方案是暫時關閉不需要的電路。調節器中不立即需要的任何部分都可以斷電並以脈衝開/關模式運行。

該方案適合寒冷或室溫下的輕負載條件。較高溫度下漏電流的增加（通過環境溫度升高或片上電源引起的芯片溫度升高而達到）使器件的正常運行變得複雜。

人們對雙穩壓器（一個芯片上有兩個獨立的輸出穩壓器）的興趣與日俱增。現在一些微處理器需要雙電源電壓。個電源（通常是較低電壓）為內核供電，第二個電源為 I/O 供電。降低電壓可以將更多晶體管擠在芯片上，而不會熔化器件或超出其封裝的熱限製。

雖然雙線性穩壓器的用途並不是作為靜態電流節省工具（更多的是為了方便、節省空間和成本），但它們有助於係統中的節能和功率分配。電流節省是雙穩壓器內通用電路（例如帶隙參考電壓和電流源偏置串）的結果。

在單個 IC 上集成多個穩壓器有利於方便、節省空間和成本
，但受到 IC 中允許功率的限製。

封裝是另一個經過改進的領域，可以在單個封裝中消耗更多功率。通過使用金屬引線框架材料（裸露焊盤），熱阻得到了改善。與塑料連接相比，金屬連接可以更有效地散熱。圖 9 顯示了典型的裸露焊盤 (epad) 封裝。該器件采用 300 mil
、16 引線 SOW epad 封裝
，epad 尺寸為 150 mil x 184 mil。

超過製造商的溫度限製（結點處通常約為 150°C/302°F）可能會立即損壞穩壓器，或者由於矽、焊han線xian和he塑su料liao封feng裝zhuang的de不bu同tong熱re膨peng脹zhang係xi數shu引yin起qi的de應ying力li而er導dao致zhi早zao期qi故gu障zhang。隨sui著zhe溫wen度du升sheng高gao，故gu障zhang率lv呈cheng指zhi數shu級ji上shang升sheng。目mu前qian正zheng在zai研yan究jiu提ti高gao這zhe些xie電dian氣qi元yuan件jian可ke接jie受shou的de工gong作zuo溫wen度du。

開關穩壓器

dangwosuomiaoshudesuoyouxindexianxingwenyaqixuanxiangdoubeishiyongshi
，kaiguanwenyaqideshiyongjianghuizengjia。youyuwaibuyuanjianshuliangjiaoduo，kaiguanqibixianxingwenyaqigenganggui。tamenhaichengdanguzhangpaichudeyinxingchengben。jiuqibenzhieryan
，qiehuanqijuyouxuyaodianciganraofangmiandejinenghejiaoyucainengkefudetexing。

毫無疑問，開關穩壓器比 LDO 更高效。開關穩壓器的效率可以達到 90%，而 LDO 的效率為 36%
，如表 1 所示。圖 10 顯示了降壓開關穩壓器的典型效率曲線。

線性穩壓器的功率損耗就是負載電流（忽略任何靜態電流）乘以輸入和輸出之間的電壓差。圖 11 中的示例顯示了穩壓器上的 9V 壓降
，因此效率達到 35.7%，與負載無關，但取決於輸入電壓，如下例所示。

提高線性穩壓器效率的方法是降低其兩端的電壓。您可以通過在線性穩壓器旁邊使用開關穩壓器（如圖 12 所示）來實現此目的，為線性穩壓器創建 6V 直流輸入（與上一示例中的 14V 直流輸入相比）。開kai關guan器qi件jian可ke以yi有you效xiao地di降jiang壓ya至zhi更geng易yi於yu管guan理li的de電dian壓ya，並bing將jiang該gai電dian壓ya分fen配pei給gei其qi他ta線xian性xing穩wen壓ya器qi運yun行xing。這zhe種zhong布bu置zhi提ti高gao了le切qie換huan器qi的de效xiao率lv，同tong時shi節jie省sheng了le線xian性xing調tiao節jie器qi的de成cheng本ben。消xiao除chu線xian性xing穩wen壓ya器qi與yu電dian池chi的de連lian接jie可ke以yi進jin一yi步bu降jiang低di成cheng本ben，因yin為wei可ke以yi使shi用yong較jiao低di電dian壓ya的de部bu件jian。

如圖 13 所示，提高的效率使整體係統效率達到 74.7%

，而圖 11 中的效率為 35.7%。

減jian少shao電dian流liu消xiao耗hao的de另ling一yi種zhong方fang法fa是shi將jiang開kai關guan穩wen壓ya器qi的de功gong能neng與yu線xian性xing穩wen壓ya器qi相xiang結jie合he。開kai關guan穩wen壓ya器qi在zai驅qu動dong其qi設she計ji負fu載zai時shi效xiao率lv。然ran而er，當dang輸shu出chu電dian壓ya負fu載zai不bu重zhong時shi，保bao持chi開kai關guan穩wen壓ya器qi開kai關guan所suo需xu的de電dian流liu變bian得de更geng多duo是shi一yi種zhong負fu擔dan，而er不bu是shi一yi種zhong屬shu性xing。在zai這zhe些xie條tiao件jian下xia，線xian性xing穩wen壓ya器qi可ke以yi更geng加jia高gao效xiao。

圖 14 顯示了能夠在線性穩壓器和開關穩壓器的工作模式之間切換的器件。該模塊分為兩個獨立運行的部分：部分（綠色）支持係統用作降壓開關穩壓器。第二部分（黃色）支持係統用作線性調節器。與溫度無關的參考電壓在兩個部分之間共享。工程師可以根據輸出負載選擇更改模式，以獲得效率或 EMI 要求。在非常輕的負載下
，線性穩壓器的效率會更高。負載較重時，開關穩壓器的效率會更高。線性穩壓器的EMI性能始終優於開關穩壓器。

開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)其(qi)他(ta)應(ying)用(yong)涉(she)及(ji)啟(qi)動(dong)汽(qi)車(che)。對(dui)於(yu)現(xian)代(dai)汽(qi)車(che)安(an)全(quan)係(xi)統(tong)，必(bi)須(xu)驗(yan)證(zheng)密(mi)鑰(yao)是(shi)否(fou)屬(shu)於(yu)其(qi)嚐(chang)試(shi)啟(qi)動(dong)的(de)車(che)輛(liang)。發(fa)動(dong)機(ji)啟(qi)動(dong)時(shi)的(de)重(zhong)負(fu)載(zai)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)嚴(yan)重(zhong)下(xia)降(jiang)，這(zhe)不(bu)得(de)導(dao)致(zhi)驗(yan)證(zheng)中(zhong)涉(she)及(ji)的(de)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)斷(duan)電(dian)或(huo)重(zhong)置(zhi)。

為了實現這一點
，您需要一個可以為係統提供升壓以及降壓或降壓電壓的設備。實現此目的的一種方法是使用 SEPIC（單端初級電感轉換器），如圖 15 所示。電容器 C1 必須能夠承受該係統的正常高壓操作限製（就反激脈衝而言）以及通過電感器 L1 看到的高壓負載突降脈衝（以及其他瞬態）。這意味著需要一個高壓電容器，並且為了保持效率，電容器的 ESR 值較低，因為有高電流流過該組件。一些工程師對流過電容器的高電流感到不舒服。可能會發生過熱，導致可靠性問題或電容器劣化（短路或開路）。

gaiwentidelingyigejiejuefanganshishiyongdaiyoushuangmozhuanhuanqidezhitongqujishu。zheyangkeyizaijiangyaheshengyacaozuomoshizhijianshixianpinghuaguodu，tongshichuangjiansuoxudejiangya/升壓操作。如圖 16 所示。

在正常運行中，晶體管 Q1 作為降壓開關穩壓器運行，同時控製電路保持 Q2 截止。當 Vbat 的輸入電壓下降時，Q1 100% 導通，同時 Q2 將電路用作升壓開關穩壓器。電阻器 Rpassthrough 有助於設置操作，通過該操作有一個直通區域，通過該區域可以稍微改變調節的輸出電壓
，以在切換操作模式時提供平滑過渡。

muqiandeqichexitongzhongkeyongdedianlishiyouxiande。conggongchengjiaodulaikan
，kaiguanwenyaqibixianxingwenyaqijuyouxiaolv。kaiguanwenyaqijiangshixianjichengdegongneng，danyehuizengjiaxitongdechengben。qichexiaofeizhehuiweiduodegongneng（開關）付費還是滿足於較少的功能（線性穩壓器）？

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