使用 Microchip 的微功率 LDO AN765 作者 : 简介 Paul Paglia, 公式 1: Microchip Technology Inc. = V REF [( ) 1] V REF = 1.20V Microchip Technology, Inc 的微功率 LDO 系列采用低电压 CMOS 工艺技术 这些 LDO 提供与双极型稳压器类似的纹波抑制和压差特性, 但效率却显著提高了 典型双极型稳压器的基极电流为输出负载电流的 1-2%, 而 Microchip 的 LDO 的基极电流约 60 µa, 从而使总的工作电流的数量级小于双极型稳压器 此外, Microchip 的微功率 LDO 还可以配置为关断模式, 从而进一步提高其在低功耗应用中的效率 低功耗工作特性使 Microchip 的这一 LDO 系列成为替代手机 寻呼机 PDA 笔记本电脑 手持式仪表以及其他便携式应用中的 LP2980 和 MIC5205 双极型 LDO 的理想之选 Microchip 的微功率 LDO 有固定输出和可调节输出两种选择, 支持的最大负载电流有 : 50 ma 100 ma 150 ma 和 300 ma SOT-23-5 SOT-23-6 SOT-223 和 MSOP-8 封装需要的占板空间最少 该系列的每个器件都具有关断功能 温度保护和电流限制特性, 某些特定的器件还具有可调节输出 错误标志和噪声旁路功能 ( 见表 3) 应用 优化 TC1070/TC1071 可调节 LDO 的输出电压精度 Microchip 的 LDO 具有可调节和固定输出电压两种选项 输出电压的精度取决于初始精度 稳定性 内部带隙参考源的温度系数和反馈电阻 没有规定可调节稳压器的 精度, 而是规定了其内部参考源的初始精度和温度系数 不规定 精度的原因是它与外部反馈电阻有关 图 1 给出了典型的可调节 LDO 反馈电路, 其中电阻 和 根据以下公式设置输出电压 : CIN 图 1: 可调节 LDO 反馈电路 ADJ 引脚是一个高阻抗 CMOS 输入引脚 因此, 电阻值应介于 300 kω 至 1MΩ 之间, 以最小化流经电阻 和 的电流 探究公式 1 可知 : 1. 当 等于 V REF ( 即 等于零 ) 时, 的误差将与 V REF 的误差接近 2. 当 大于 V REF ( 即 / > 0) 时, 误差是 V REF 误差以及 / 之比的函数 为了分析最差的情况, 还需要考虑 和 的误差 例如, 如果 和 都是精度为 1% 的电阻, 那么 / 之比的最大误差为 2% 重审公式 1 中误差的影响可得出以下结论 : 误差会随 与 V REF 的差距扩大而成比例变大 可用以下公式用另一种方式阐述 : 公式 2: TC1070 TC1071 ADJ VOUT α( V REF ) 表 1 给出了各种 值的条件下, 输出电压误差中由于 V REF 和 / 误差导致的那部分误差的百分比 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 1 页
表 1: 各种误差占输出总误差的比例 参考源误差 电阻公差 电阻误差 总输出误差 (V) (%) (%) (%) (%) 1.23 2 1 0 2 1.23 2 2 0 2 2.0 2 1 0.77 2.77 2.0 2 2 1.54 3.54 2.46 2 1 1.0 3.0 2.46 2 2 2.0 4.0 3.0 2 1 1.2 3.2 3.0 2 2 2.4 4.2 4.0 2 1 1.38 3.38 4.0 2 2 2.76 4.76 5.0 2 1 1.50 3.5 5.0 2 2 3.0 5.0 可调节稳压器的输出电压精度会因为使用公差更小的电阻而得到提高 但是由于参考源的精度限制, 其精度将被限制在 ±2% 表 2 给出了使用公差分别为 1% 0.5% 和 0.1% 的电阻时, 可调节 LDO 的输出电压精度 表 2: 1% 电阻公差 电阻公差对 误差的影响 误差 0.5% 电阻公差 0.1% 电阻公差 5.0V 3.5% 2.75% 2.15% 4.0V 3.38% 2.69% 2.14% 3.0V 3.2% 2.6% 2.12% 2.46V 3.0% 2.5% 2.10% 2.0V 2.77% 2.39% 2.08% 1.23V 2.0% 2.0% 2.0% 节能的关断模式 Microchip 的所有微功率 LDO 都具有一个关断输入, 允许用户数字断开负载的电源, 从而使稳压器进入低功耗 休眠 模式 供电电流也从正常工作时的 50 µa 下降到关断模式下的 0.05 µa 引脚的输入电流肯定不会超过 1µA( 这个数量级低于双极型稳压器的电流 ) 当 的电压低于 0.2 x 时, 激活关断模式 在这个模式下, 传输晶体管会关断, 断开负载的电源 当关断输入的电压高于 0.4 x 时, 禁止关断模式, 允许正常的器件工作 足够低, 能确保依靠 4 节充满电的 NiCad/NiMH 电池 (6V) 工作的 3.3V 单片机的控制输出能够使能 LDO 在不使用时也不应悬空, 而是与 相连 偏离稳定电压 ( 错误 ) 标志 TC1070/1/2/3 和 TC1054/5 都具有错误标志输出, 当 LDO 的输出跌落到距离稳定电压约 5% 时, 会设置这些标志 引脚是一个 N 沟道漏极开路输出引脚, 其灌电流能力最高为 1mA 但是, 应选择大阻值的上拉电阻, 这样通过 的能量损耗将保持最低 必须通过一个上拉电阻将 上拉到任一低于 7V 的供电电压 当输入电压高于 1V 时, 输出有效, 而在输入电压低于 1V 时, 输出未定义 随着电源上升 / 下降过程中输出在 0V 和 1.0V 间转换, 错误输出可能会临时悬空为 1.0V 如果 1.0V 足以解释为逻辑 1, 则可以使用图 2 所示的双电阻网络 这将确保 在无效状态下, 永远不会上升到超过 0.5V 记住错误输出能保持在高电平状态的最大电压为 /2 TC1054/1055 Note: = 图 2: 确保低 电平时的有效错误输出 DS00765B_CN 第 2 页 2008 Microchip Technology Inc.
通过在 输出引脚上连接 RC 元件, 可将该引脚用作上电复位引脚 在上电期间, 只要稳压器的输出在允许范围内, 错误比较器的输出就将保持高电平 在将单片机从复位释放之前, 有效的 信号将被 RC 网络延迟 V TH V IH 迟滞 (V H ) 推荐使用输入 输出和旁路电容来优化器件的性能 为了确保 LDO 反馈回路的稳定性, 需要在输出端与地之间接一个电容 ( 图 4 和图 5) 必须选择符合器件数据手册中规定的 ESR 值范围和最小容抗要求的电容 一般来说, 推荐采用 - 2.2µF 的电容, 因为这样可以确保系统在最大负载条件下稳定工作 较大值的电容 (4.7 µf 至 10 µf) 将增加瞬态负载响应和纹波抑制性能 按照 ESR 递增的顺序排列, 陶瓷电容的 ESR 最低, 接下来是 OS-CON 电容 薄膜电容 铝电解电容和钽电容 薄膜电容能够提供良好的性能, 但由于其过高的价格和过大的体积, 通常并不是一个理想的解决方案 陶瓷电容结合了卓越的 ESR 与相对较小的体积两大优点, 但有时其 ESR 太低, 需要串联一个 1Ω 的电容来保证稳定性 OS-CON 电容的 ESR 仅比陶瓷电容略高, 但其体积较大 OS-CON 电容在 55 C 至 125 C 范围内呈现出顶级的 ESR 性能 铝电解电容是低成本商业温度级应用的理想之选, 在此类应用中, 占板空间不是考虑的重点 与 OS-CON 电容相似, 电解电容通常以直插式引脚封装形式提供, 但在使用时却要采用表面贴装形式 钽电容的 ESR 与铝电解电容类似, 还能提供理想的成本和高体积效率的解决方案, 因而常常是理想的选择 如果采用电池对 IC 供电或在稳压器与交流滤波电容之间的距离过大 (>1 ft), 就应在 V CC 和 之间安装一个 的输入电容 ( 图 4 和图 5) 当电源具有高交流阻抗时, 较大值的电容将提供更好的 V CC 噪声抑制性能和更佳的其他性能 可在 TC1014/1015 和 TC1072/ 1073 的旁路引脚或 TC1070/1071 的 ADJ 引脚上连接一个 470 pf 的旁路电容 ( 见图 5) 以降低 V REF 噪声 温度问题 LDO 消耗的功率数是偏置电源电流和传输电流的函数 传输电流是指从 V CC 流出, 通过 LDO 的传输晶体管传递给负载的电流 下面的公式用来计算功耗 : 公式 3: V OL P D = ( V CC I S ) [( V CC )I LOAD ] 图 3: 偏离稳定电压错误标志也可以使用 作为电源质量监视器 如果一个低计算 P D 时, 选用最大值的 V CC 和 I LOAD 以及最小值的输入电压或过电流条件导致输出电压下降偏离稳定电 可确保满足最差的条件 压, 会被拉低, 表示电源不稳定 该信号会通知单片机激活合适的关断序列, 确保系统按规定工作 LDO 消耗的功率数还取决于环境温度 (T A ) 安全的最大管芯温度 (T JMAX ) 为 125 C, 以考虑 PC 板热传递错误比较器的输出具有 50 mv 的正向迟滞以一定程度的或气流导致的温度变化 抑制 噪声 公式 4: 输入 输出和旁路电容 θ JA = ( T JMAX T A ) PD MAX θ JA = θ JC θ CA θ JC 是从管芯表面到封装主体和引脚的热阻 θ CA 是从封装主体和引脚到周围空气 PC 板上电介质和走线的热阻 当安装在单层 FR4 含电介质的覆铜箔 PC 板上时, SOT-23-5 和 SOT-23-6 封装的 θ JA 最差, 为 220 C/W 通过使用采用具有更好的热传导系数的电介质制造的 PC 板, 可减少 θ JA 此外, 在 IC 上增加接地层和大电源走线将提供更好的热传导性能 θ JA 的值适用于使用自然对流的系统 加强通风可显著降低 θ CA 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 3 页
给定 : θ JA = 220 C/W PD MAX = (125 C - T A )/220 C/W 环境温度 P DMAX 25 C 0.454W 50 C 0.341W 85 C 0.182W 过大的功耗会导致管芯温度升高, 从而促使器件因过热而关断 LDO 具有集成的温度保护电路, 它会在管芯温度超过约 160 C 时, 禁止 LDO 保护电路有十摄氏度的迟滞, 因此在管芯温度下降到 150 C 之前, LDO 不会从关断状态恢复 除温度保护之外, 与旁路元件串联的内部检测电阻提供短路限制 C IN TC1014/1015 COUT TC1107 (SOIC8 和 MSOP8) Bypass C BYPASS ( 可选 ) 470 pf V V OUT OUT C TC1054/1055 OUT TC1108 C OUT (SOT-223) TC1072/1073 (SOT-23-6) Bypass C BYPASS ( 可选 ) 470 pf 图 4: 典型应用电路 ( 固定输出 ) DS00765B_CN 第 4 页 2008 Microchip Technology Inc.
C OUT C BYPASS 0.01 µf ( 可选 ) ADJ TC1107-ADJ (SOIC8 和 MSOP8) C 1 1 2 NC 8 7 NC TC1070/1071 ADJ 3 NC TC1174 6 4 5 ADJ Bypass = V REF ----- 1 关断控制 ( 来自电源控制逻辑 ) C BYPASS 470 pf ( 可选 ) 图 5: 典型应用电路 ( 可调节的输出 ) 表 3: CMOS LDO 选择指南 部件编号 封装 2.5V 2.7V 2.8V 2.84V 输出电压 2.85V 3.0V 3.15V 3.3V 3.6V 4.0V 5.0V ADJ 错误标志 忽略 典型 I SS (µa) 最大 I OUT (ma) 典型 V DROP (mv) TC1014 SOT-23-5 X X X X X X X X X X 50 50 85 TC1015 SOT-23-5 X X X X X X X X X X 50 100 180 TC1054 SOT-23-5 X X X X X X X X X X 50 50 85 TC1055 SOT-23-5 X X X X X X X X X 50 100 180 TC1070 SOT-23-5 X X 50 50 85 TC1071 SOT-23-5 X X 50 100 180 TC1072 SOT-23-6 X X X X X X X X X X 50 50 85 TC1073 SOT-23-6 X X X X X X X X X X 50 100 180 TC1107 MSOP-8, SOIC-8 X X X X X X 50 300 240 TC1108 SOT-223 X X X X 50 300 240 TC1173 MSOP-8, SOIC-8 X X X X X X X 50 100 180 TC1174 MSOP-8, SOIC-8 X X X 50 300 240 TC1185 SOT-23-5 X X X X X X X X X X 50 150 270 TC1186 SOT-23-5 X X X X X X X X X X 50 150 270 TC1187 SOT-23-5 X X X 50 150 270 TC1188* SOT-23-5 X X X X 50 100 55 TC1189* SOT-23-5 X X X X 50 100 55 TC1223 SOT-23-5 X X X X X X X X X 50 50 85 TC1224 SOT-23-5 X X X X X X X X X 50 100 180 * 是 MAX8863/8864 具有兼容引脚的替代品 可使用的定制输出电压 请联系 Microchip Technology 2008 Microchip Technology Inc. DS00765B_CN 第 5 页
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