超低功耗LDO線性穩壓器
發布時間：2015-3-10 10:57
發布者：designapp
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一、前言 在智能終端高速發展的今天，如何延長電池的使用壽命就成為了電子設計人員的重要課題。目前市面上的MCU等處理器處于休眠模式時，功耗可以達到1uA以內。由于設備大部分時間處于休眠狀態，因此線性穩壓器LDO的靜態工作電流就決定了電池的使用壽命。 上海英聯電子推出了UM153XX、UM154XX系列超低靜態工作電流的LDO，其典型值僅有1.2uA（Vin=5V）。適用于穿戴式產品、便攜式產品以及需要備份電池供電的設備，可以有效延長電池使用壽命。 二、UM153XX、UM154XX的重要參數 英聯的UM153XX、154XX系列是超低靜態工作電流的電壓穩壓器(其原理框圖見圖1),可使用1μF以上的陶瓷電容器作為輸出電容。輸入電壓范圍：2.2V～5.5V，輸出電壓范圍為1.3V～5V。 圖1：超低靜態工作電流LDO的原理框圖 UM153XX系列提供兩種封裝供客戶選擇，SOT23-3、SOT89-3，與市面同類型芯片兼容。UM154XX系列帶有使能管腳，封裝為SOT23-5。，其主要參數如表1所示： 表1：特性參數表 1、靜態電流Iq 靜態電流為輸出電流與輸如電流的差，LDO的效率與輸入、輸出電壓和靜態工作電流有關。效率可由以下公式算出： 效率=(Vo×Io)/((Io+Iq)×Vin)×100% 由公式可看出，當LDO處于輕負載情況下，靜態電流就顯得尤為重要，Iq值越小，效率越高。圖2為UM153XX系列LDO的Iq值在不同輸入電壓情況下與同類低功耗LDO的對比，由圖2可看出，UM153XX在低壓供電情況下，有明顯的優勢。 圖2：靜態工作電流隨輸入電壓變化圖 2、動態負載調整（△VOUT） 當輸入電壓一定時，輸出電壓隨負載電流的變化而產生的變化量。只要負載電流變化緩慢，大多數LDO都能輕松地保持輸出電壓接近恒定不變。然而，當負載電流快速改變時，輸出電壓也將隨之改變。當負載電流發生變化時，輸出電壓的改變量決定負載瞬態性能。當負載電流由1mA瞬時變為100mA時，UM153XX系列LDO的輸出電壓變化量僅為10mV。 圖3：負載瞬態響應 3、壓差（△VDO） 壓差可表示為Vdrop，是指保持電壓穩定所需的輸入電壓與輸出電壓之間的最小差值。當輸入電壓下降到一定程度時，輸出電壓將不能維持在一恒定值。其具體算法如下： 輸入電壓為VIN = VOUT(s)＋1.0 V時的輸出電壓值為VOUT3，緩慢降低輸入電壓（VIN），當輸出電壓降至為VOUT3的98%時，此時的輸入電壓（VIN1）與輸出電壓的差即為輸入輸出電壓差：Vdrop = VIN1－（VOUT3×0.98） 壓差應盡可能小，以使功耗最小，效率最高。負載電流和結點溫度會影響這個壓差。最大壓差值應在整個工作溫度范圍和負載電流條件下加以規定。在非調整區域，Vdrop的值呈線性變化，圖4為UM15333的壓差隨輸出電流變化的曲線圖。 圖4：Vdrop曲線圖 4、過載電流保護 UM153XX系列LDO為了保護輸出晶體管免受過大的輸出電流，以及VOUT管腳—GND管腳之間短路的影響，內置了過載電流保護電路。最大限流300mA，負載電流小于限流時，輸出電壓即可恢復為正常值。 三、應用注意事項 1、電容的選擇 輸出電容及其等效串聯電阻ESR，將影響環路穩定性和對負載電流瞬態變化的響應性能。為了確保輸出的穩定性，如果使用1μF輸出電容，請盡量選用ESR值為0.3Ω或以下的，推薦X7R或X5R陶瓷電容。另外，LDO要求使用輸入和輸出電容來濾除噪聲和控制負載瞬態變化，輸入電容器因應用電路的不同所需要的容值也不同。電容值越大，LDO的瞬態響應性能越好，缺點是會延長啟動時間。在電源的阻抗偏高的情況下，當IC的輸入端未接電容或所接電容值很小時，會發生振蕩，請加以注意。 2、封裝的選擇 SOT23-3的最大額定功率為0.4W，SOT89-3的最大額定功率為1W，SOT23-5的最大額定功率為0.6W。請注意輸入、輸出電壓以及負載電流的使用條件，避免IC內的功耗超過封裝的容許功耗。 3、PCB布線 重點要考慮噪聲、紋波和散熱問題，盡可能將輸出電容（CL）接在VOUT-VSS管腳的附近，將輸入電容（CIN）接在VIN-VSS管腳的附近，LDO和電容要使用同一銅層鋪地，盡量增加地面積。 圖5：PCB布線設計 |
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