
一、线性稳压器(LDO,Low Dropout Regulator)
原理要点
- LDO内部通常由四大核心部分组成:取样/感知、基准电压、误差放大、晶体管(或Mos管)调节。晶体管调节部分可采用MOSFET或双极晶体管,差异在于最小压差区的工作状态。
- 若采用MOSFET,则工作在源极饱和区,此时漏极电流受栅源电压控制,形成一个以电压控制电流源为特征的放大区结构。
功能与定位
- 通过线性方式将输入电压“降”到稳定的低压输出,输出电压相对输入端浮动较小。效率取决于压差,压差越大损耗越高。
- 特点包括结构简单、噪声低、成本低、但发热量较大,适用于对噪声敏感的低压电路和低压差场景。
典型应用与样例
- 典型可用于传感器、音频前端、低噪声模拟/信号电路等场景。
- 常见型号有 LM1117、AMS1117、LT1086 等(不同固定输出或可调输出,需结合具体封装与限流热关断特性)。旋乐吧spin8
限流与热关断(保护机制)
- 限流:为防止过载或短路时损坏内部功率管或外部电路,LDO 设有电流检测与限制回路。常见模式包括恒流限流和折返限流。限流会在超过阈值时降低输出或切断电流,短路时输出接近0V但电流被控在安全范围。
- 热关断:当结温超过安全阈值(通常在125–150℃之间)时,强制关闭输出,保护内部元件。温度降至安全区后可自动恢复或需重新上电。
设计要点与实用要素
- 压差(Dropout Voltage):Vout 与 Vin 的最小差值。普通LDO常见约0.5–2V,超低压差LDO(VLDO)可低至几十毫伏。设计时需确保 Vin≥Vout+Vdropout(max)。
- 自放电与软启动:断电后的输出电容可能残存电量,引发输出尖峰,带自放电功能的LDO能泄放输出端电量;软启动可平滑输出上升,降低浪涌。
- EN 引脚与上拉电阻:使能信号需要驱动电流,适度的上拉电阻通常在几十到数十万欧姆范围,若需延时可在 EN 引脚并联较大电容形成 RC 延时。
- 假负载与反馈:部分芯片对负载有最低电流要求,若低于该值可能稳定性下降,需要设定对地泄放通路确保稳定。
- 输入/输出/基准电容:常用输入电容、输出电容(容量和 ESR 对环路响应影响大)、基准电压端的降噪电容(如0.1 μF)用于降低基准噪声、前馈/前路补偿电容提升带宽和相位裕度、输出端的小电容用于高频降噪。
- 封装与散热:输出功耗受压差和负载电流影响,DFN 等封装通常散热优于小封装。
Dropout 与 VLDO
- 常规LDO的压差随负载电流变化,负载越大,压差越大;VLDO 则致力于把压差降低到几十毫伏级别,以提升效率与降低发热,但成本与工艺要求相应提升。
二、开关稳压器(Switching Regulator)
原理要点
- 使用开关元件与储能元件(电感、电容)通过高频开关实现高效电压转换,常见工作形态包括降压、升压、降升压混合,以及隔离型拓扑如反激等。
常见拓扑
- 降压(Buck):输入高于输出,效率通常可达较高水平(常见局部可达90%以上)。
代表性型号与应用场景多见于消费电子与通用电源。
- 升压(Boost):输入低于输出,用于提升电压等级的场景。
- 降升压一体(Buck-Boost):输入电压可高于或低于目标输出,广泛应用于锂电池供电等可变输入场景。
- 反激(Flyback):可实现隔离,通常用于AC-DC、低功耗的电源设计。
三、电源管理集成电路(PMIC)
功能定位
- 将多路稳压、充电管理、监测、保护等功能集成在同一芯片内,适合复杂系统的电源管理需求。
特点
- 高集成度、减少外部元件、简化系统设计和布局。
典型应用
- 智能手机、嵌入式系统、物联网设备等对功耗与体积有较高要求的场景。
四、电荷泵(Charge Pump)
功能要点
- 通过电容的充放电实现电压升降,无需电感,体积小、噪声低,适用于对噪声敏感、功率需求较小的场景。
典型应用
- LED 驱动、LCD 偏压、小功率升压等领域。
代表型号
- LTC1044、MAX660 等。
五、交流-直流转换器(AC-DC Converter)
功能要点
- 将交流电转为稳定直流电,常见拓扑包括反激、正激、LLC 谐振等。
典型应用
- 适配器、家用电源、工业电源。
代表型号
- 常用 PWM 控制与集成 MOSFET 的方案,如 UC3842、OB2532 等。
六、直流-直流模块(DC-DC Module,隔离与非隔离)
隔离型
- 实现输入输出电气隔离,适用于工业、医疗等对安全与隔离要求高的场景。
非隔离型
- 常用于板级的电压转换,体积较小、集成度高。
七、电池管理芯片(BMS IC)
功能要点
- 提供充放电管理、监测电量与状态、保护(过充、过放、短路等)等功能,适用于移动设备、电动汽车、储能系统等。
应用示例
- 针对锂电池的充电管理与保护方案,如特定厂商的 BMS 系列。
八、其他特殊类型
- 热插拔控制器:防止带电插拔对电路造成损害,常见于服务器电源等场景。
- 数字电源IC:通过软件参数配置实现灵活控制(如数字 PWM 控制)。
- 多相控制器:用于高电流、低压差供电需求,如处理器供电的多相方案(DrMOS 等)。
选型要点
- 输入/输出电压范围、输出电流能力、效率与散热、噪声特性、成本与封装尺寸等。
- 根据具体应用需求(如高效、紧凑、低噪声、成本敏感等)选择合适的芯片类型和拓扑。
- 结合系统热设计与电源布局,确保在工作条件下稳定可靠。
备注:以上内容聚焦各类电源芯片的功能、原理、典型应用及设计要点,便于在系统设计初期进行类型筛选与要点对照。