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面向汽车应用的线性调整器与开关调整器的比较

发布时间:2020-07-21 18:14:39 阅读: 来源:计量泵厂家

多年来,人们一直预测低压差线性调整器(LDO)要退出在汽车领域的应用。但是,LDO调整器持续生存着甚至茁壮成长,因为它们的价格便宜且使用方便。本文中,我将阐述LDO调整器的复杂性,考察市场上的最新进展(确实有一些进展),并分析随着汽车电源需求的持续攀升而向开关型调整器转移的趋势。

本文引用地址:新型线性调整器

线性调整器有什么新技术呢?让我们首先看看输出电容。目前,陶瓷电容都选择的是0402封装,大多数原因在于所改进的材料已经把它们的温度范围从125℃(257°F)提高到了150℃(302°F),所改善的安装方法减少了热冲击并提高了抗振能力。这些电容的小尺寸减少了它们的感性成分,进一步提高了高频性能。但是,陶瓷电容的关键特性是其低的等效串联阻抗或ESR。

基本的闭环线性调整器系统由一个误差放大器、输出驱动器和负载组成。图1到3详细描述了双极型线性调整器的闭环频率响应,在保持系统设置和输出容值相同的情况下,改变输出电容的ESR可以看到其影响。具有1欧姆ESR(图1)的电容为稳定的;而具有0.01欧姆非常低 ESR(图2)的电容就不稳定;具有3欧姆较大ESR(图3)的电容也不稳定。

开关电源设计中有一条非常实用的经验法则:无论何时闭环增益大于或等于1,闭环相位永远不会落在360度的30度之内。

大多数线性调整器并未给你提供测量稳定性曲线的可接入点。取而代之的是,芯片制造提供一组与输出电容的ESR数值相对应的曲线,显示哪些地方有可能出现稳定性问题。图4所示为输出电容ESR的不稳定区和稳定区的典型差异,它取决于因输出电流变化引起的输出调整器电压的变化。图5所示为输出电容数值上的不稳定和稳定区之间的差异。

负载响应时间通常与IC稳定性产品区域呈相反的规律变化。环路响应时间一直被降低以提供更佳的稳定性。用一个外部输出电容可以补偿大多数瞬态需求。要确保为你的需求提供一个数值足够大的电容。要采用常用的电容方程:

来根据系统负载的大小计算电容数值、瞬态时间和系统容许的输出电压降。

无论调整器处于加载或待机状态下,静态电流都是一个重要的指标。历史上,静态电流不受重视。随着汽车电子系统的增加,对现有电池和交流发电机的使用已经达到了极限。半导体制造工艺对静态电流的大小有一定影响,对于以两种不同类型制造工艺生产的产品,我们可以看到典型性能特征所受到的影响。图6所示为以双极工艺生产的器件,而图7所示为以BCD工艺生产的器件。注意以BCD工艺制造的器件所具有的扁平线特性。

采用双极工艺的器件在高负载上静态电流会增加;采用BCD工艺的器件在小负载和大负载时都保持低的静态电流。结果对模块的静态电流限制贡献较低。

节省电流

在节省电流的控制中,你可以使用一种看门狗调整器(watchdog regulator)。看门狗调整器利用发往微处理器的唤醒信号实现节省电流。当微处理器指令正在开始运作时,一个协同信号由微处理器发回到电压调整器,向调整器提示它必须保持调整。一旦微处理器完成命令和指令,被发回调整器的反馈信号被取消。看门狗调整器识别这个事件,并把一个复位信号发回微处理器,将其关闭,如图8所示。最终结果是节省电流,直到微处理器需要再次发出协同信号。

另一种节省调整器IC电流的方法是即刻关闭不需要工作的电路。只要不是立即要用的调整器电路,都可以关闭并工作在脉冲开/关模式。这种方案对于寒冷或室内温度下的轻负载条件最佳。器件的温度越高,漏电流就越大,工作就越复杂;环境温度的上升或片上电源导致的裸片温度上升,都会造成器件工作温度的上升。

为此,越来越多的人选用双调整器(在一颗芯片上有两个独立的输出调整器)。有几种微处理器现在就需要采用双电源电压。一个电源(通常是较低的电压)为内核供电,第二个电源为I/O供电。降低内核电压,就可以把更多的晶体管集成到芯片中,而不会让器件温度超过其封装的限制。

虽然使用双线性调整器(它使用更方便、更节省空间和成本)不节省静态电流,但是,却对节省功率和系统中的电源分配有贡献。节省电流是因为在双调整器内采用了共用电路,如带隙参考电压和电流源偏置线。

在单芯片上集成多颗调整器IC,则使用方便、节省空间和成本,但是,受到IC中容许的功率大小的限制。

改善封装就容许单个封装消耗更大的功率。通过采用金属引线框材料(暴露的焊盘, epad),可以降低热阻。与塑料封装相比,金属连接的引脚更容易传导热耗散。图9所示为典型的暴露焊盘的封装。该器件采用的是300mil、16引脚SOW暴露焊盘封装,epad的面积为150 mil x 184 mil。

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