芝识课堂【分立半导体】——电子设备的能力管理大师：电源管理IC（中）

时间：2021-08-19 15:18:11

关键字：半导体电源管理IC

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[导读]点击“东芝半导体”，马上加入我们哦！电源管理IC在上篇文章中，我们介绍了电源管理IC的基本知识和产品分类。今天我们将围绕线性稳压器和开关稳压器的原理与功能展开讨论。线性稳压器原理01串联稳压器如下图所示，串联稳压器不需要外部组件（需要输入／输出电容器）。MOSFET作为可变电阻进...

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电源管理IC

在上篇文章中，我们介绍了电源管理IC的基本知识和产品分类。今天我们将围绕线性稳压器和开关稳压器的原理与功能展开讨论。

线性稳压器原理

串联稳压器

如下图所示，串联稳压器不需要外部组件（需要输入／输出电容器）。MOSFET作为可变电阻进行工作，因此输出电压变为恒定电压。

MOSFET的漏极和源极之间的电位差（VIN－VOUT）×输入电流（IIN）将产生损耗。例如，如果输入是5V，输出是3V，则效率是60%。这种稳压器适用于要求低噪声和精确输出电压的电路电源。

并联稳压器

图中虚线所包围的区域是并联稳压器中的IC。它需要三个外部电阻，内置的晶体管作为可变电阻进行工作，因此IK＋IOUT＝IIN＝常数。其结果是，在RSD处产生的电压变为恒定，并且输出电压变为恒定电压。但除了输出电流外，还需要通过晶体管的阴极电流。此外，在输入侧电阻RSD处存在电压降，这将降低效率。它适用于开关电源参考电压和开关电源光耦驱动电路等低电流（~20mA）应用。

开关稳压器的工作原理

降压型转化器

降压型转化器是借着开关将直流电压VIN做时间分割后，以电感和电容器使其平滑化来转换成所希望的直流电压。降压型转化器图中显示了电压运动图像。矩形波由MOSFET重复开关产生。该波作用于线圈，对矩形波进行平整（平均）后，可以得到所需的直流电压。输出电压值则由矩形波占空比决定。

升压型转化器

如升压型转化器图中所示，当MOSFET接通时，电流主要流过线圈和MOSFET。此时，能量在线圈中积聚。线圈的工作旨在释放积聚的能量并抑制电流的变化。当MOSFET关断时，到此为止流过线圈的电流将失去方向。但由于线圈的持续电流特性，线圈端的电压升高，电流流过二极管，电容器充电。这会导致超过输入电压的电压产生。

LDO的功能

欠压锁定（UVLO）

当输入电压降到规定的输入电压以下时，该功能使IC处于待机状态，使得内部电路不会不稳定发生故障。

电流限制

当输出端子VOUT进入非故意短路模式状态时，该功能可防止由于器件本身发热而导致的性能下降和损坏。过流保护有两种类型：一种是同时降低输出电流和输出电压的折叠型；另一种是在保持输出电流恒定的情况下降低输出电压的限流型。

热关断（TSD）

它是一种防止因显著的环境温升而导致器件性能下降和损坏，以及防止因意外的大电流负载等而导致器件本身发热的电路。当内部温度检测电路检测到指定温度时，输出晶体管被关断。

输出放电

当输出晶体管关断时，VOUT的端子电压可以根据连接到输出端子的负载电容保持一定的时间。此电路将快速释放积聚在负载侧的电荷，并将VOUT端子电压降至IC GND左右。

线性稳压器和开关稳压器是两种常用的电源类型。两者各有优势和缺点，在电路设计时，工程师需要根据电路需求，衡量尺寸、成本、稳定性等因素，做出正确选择并妥善实现方案。在下期的文章中，我们将继续为大家介绍电源管理IC中的负载开关，敬请期待！

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东芝电子元件及存储装置株式会社是先进的半导体和存储解决方案的领先供应商，公司累积了半个多世纪的经验和创新，为客户和合作伙伴提供分立半导体、系统LSI和HDD领域的杰出解决方案。