电池驱动设计中的新型稳压器

席砺莼、董丽梅、田梦周、闫宏伟

电源电路通常在临近研发阶段结束时才进行赃,然而对便携式产品,电池却是头等重要的大事。要想稳定电池供电电源的电压,实践要比说说复杂得多,特别是在单系统设计中电压的类型和数量增加时。稳压IC技术的最新进展为设计者提供控制输出电压更有效的途径,并为多电压系统提供更充足的功率。

1999年,全球稳压器与电压基准业务达到23亿美元的规模,占模拟产品总销售额的11%,器件总数据的22%。据半导体行业分析公司Mclean Report预测,2001年的总销售额将激增至35亿美元。

稳压器是电源设计中的基本组件。线性稳压器简单易用,电磁干扰（EMI）低,输出纹流低、负载与线路稳定性好,对负载与线路的变化响应也快;然而与开关稳压器相比,效率较低,若使用散热器,占用的空间较大。开关稳压器降低了对源功率的要求,无需散热器。这种器件功率密度高,能产生各种小于,甚至大于输入的单路或多路输出电压,当然与线性稳压器相比,易产生EMI,具有较高的输出纹波,对负载或线路变化响应慢。

无论是线性稳压器还是开稳压器,本质上都是模拟的。尽管开关稳压器有一些数字电路,实际上只不过是脉宽调制的模拟电路。在多数场合,两者都以单芯片形式提供。在内置微处理器、DSP或FPGA的便携式设计中,芯核电压不断地在降低,且一般与I/O供电是分离的。因此,设计者开始寄厚望于备有双输出电压的电源管理器件。Texas Instruments的双电压稳压器TPS56300就是一个很好的例证。它在单芯片上设置了供芯核使用的开关稳压器,供I/O使用的低压降（LDO）线性稳压器。这似乎反映了器件发展的未来趋势。

线性稳压电源

线性稳压器采用FET去除外加输入电压的多余部分来提供精确的输出电压。FET可视为输入电压与输出电压之间的一个可变电阻。这类电路的一个固有缺陷就是输入与输出间存在一定的电压降。为了使稳压器的输出电压保持在正常值的范围内（低于100mv）,应尽量降低这个压差。正输出LDO稳压器通常用PNP型晶体管作调整管,使稳压器具有极低的压降,一般为200mv;相反,负输出LDO的调整管则采用NPN型晶体管。



National Semiconductor正在开发新型模拟产品来满足移动电话类便携式产品不断提出的多电压,小占用面积的要求。对此,公司相关人员解释道：“移动电话正日益‘消费品化’。MP3播放机、FM收音机、免提功能,几乎能想象到的功能都增添到它的内部了。其结果必须是在小型封装挤入更多的器件。”公司解决小占用面积的途径是采用微型SMD封装,即裸装型封装。这类器件不是将芯片放置在常规的SOT-23-5L一类塑料封装内,而是将焊球直接安置在芯片上。这意味着芯片的尺寸就是实际封装的尺寸。

NS的LP3985新型CMOS LOD稳压器是一个5焊球、1mm2的微SMD封装器件。由于采用了LDO技术,稳压器在低输出等效串联电阻（ESR）条件下保持稳定性是十分重要的。现在更多地使用陶瓷电容。LP3985使用小型陶瓷片瓷电容。LP3985使用小型陶瓷片隙来节省印制板空间。NS在为移动电话客户制作的ASIC中已采用LP3985,作为ASIC LDO块之一。ASIC内部一般有5～8个LDO。LDO向数字电话内部的信号处理元件提供功率。这类产品也发展为标准产品,也可作为一种集成化ASIC。

在便携设计中,延长电池寿命至关重要。电源产品内置“休眠”方式来关闭部分电路。此外,在RF应用中,稳压器产生的噪声也是一个问题。尽管线性稳压器的噪声比开关稳压器低,但是仍产生不希望有的噪声。

由于LD标准线性稳压器更能充分利用输入电压,在电池放电阶段能工作更长时间,因而非常适合电池供电的应用。LDO也减少了提供稳定输出电压所需的电池数量。考虑到电池供电的便携式产品的增长必然导致对LDO需求的增加,Vishay Inter technology、International Rectifier等公司采用收购的策略在生产线上应用LDO技术。International Rectifier最收购了Omneril;而Siliconix已成为Vishay的一部分。

去年夏天,Siliconix发布了新型LDO稳压器,即Vishay Siliconix Si9182DH。对功率变换设计,在输入端与输出端可使用2.2μF陶瓷电容或钽电容。Si9182DH改进了公司原先IC的性能。在其最大连续输出电流250mA下,压降仅为180mV。低压降延长了电池的寿命。一般的线路与负载瞬态响应小于2ms,允许它与快速的DSP和微控制器一起使用。在输入电压2～6V范围内,Si9182DH与单个或多个电池兼容,用于移动电话、发信机、网络电话、PDA、笔记本电脑及便携式仪器中。

同在去年夏天,Semtech在产品系列中增加了几款电池工作系统的新型LDO。SC1454具有两上独立启用、超低压降稳压器（ULDO）。一个稳压顺的输出固定;另一个可以是固定的,也可以用外部电阻来调整。它的特点鲜明：静态电流低、输出噪声低、多种输出电压、输入反极性保护。另一款新型器件是SC1456,它将两个150mA、低噪声ULDO集成在一个芯片内,供关注点用空间的便携式设计应用。其它特性包括2.5～6V输入电压范围,输出噪声低、陶瓷电容稳定工作。可供选择的标准电压为3.3V、3V、2.8V和2.5V。最新产品是SC1563,其特点是静态电流低,封装尺寸小,有断路引线,使用陶瓷电容或钽电容。可选电压为3.3V、3.1V、3V、2.8V、2.5V和1.8V,也可用外部调整输出。