一款效率高達(dá)80%且功率損耗不足1W的3A、1.2VOUT 線性穩(wěn)壓器(07-100)

　　第二種規(guī)格為VBIAS壓降，該規(guī)格的壓降專門針對那些希望將IN和BIAS引腳綁定在一起的用戶。這樣就可以在沒有輔助偏置電壓或不需要較低壓降的應(yīng)用中使用該器件。因?yàn)閂BIAS要為旁路FET提供柵極驅(qū)動，所以VBIAS必須比VOUT高1.4V，同時壓降受限于應(yīng)用中所使用的BIAS。例如，TPS74201 可以提供一個由具有 3.3V/5V=66%效率的5V電源軌產(chǎn)生的3.3V、1.0A軟啟動電源(稍后討論)，并且功耗為(5V-3.3V)×1.0A=1.7W。

　　穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)

　　由于輸出電容會產(chǎn)生一個控制環(huán)路極點(diǎn)和在負(fù)載情況下的阻抗以及基于輸出電流的頻率位置的變化，到目前為止，線性穩(wěn)壓器環(huán)路穩(wěn)定性對模擬 IC 設(shè)計(jì)人員而言還是一個難題。與相同級別的共源結(jié)構(gòu)的 PMOS 穩(wěn)壓器相比，帶有 NMOS 旁路元件的源極跟隨器結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓器的輸出阻抗要更低，因此該穩(wěn)壓器比較容易進(jìn)行功率補(bǔ)償。這意味著，NMOS 穩(wěn)壓器的動極點(diǎn) (moving pole) 頻率要高于同等級別的 PMOS 穩(wěn)壓器，也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)部誤差放大器的極點(diǎn)頻率。為確保穩(wěn)定性，比較傳統(tǒng)的方法是在低頻下逐步減少控制環(huán)路的響應(yīng)，從而減少瞬態(tài)響應(yīng)，或者用一個零極點(diǎn)與動極點(diǎn)相抵消，該零極點(diǎn)由一定數(shù)量的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 組成的輸出電容產(chǎn)生。通過使用具有專利的反饋控制拓?fù)?，配置為VBIAS=3.3V，VIN =1.8V和VOUT=1.5V的 TPS74x01 系列產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)無輸出電容的情況下較快的瞬態(tài)響應(yīng)(見圖 2)，同時在設(shè)置有 ESR 這種較大電容的情況下仍然保持穩(wěn)定。負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)之后并沒有輸出電壓振鈴，這表明穩(wěn)壓器在沒有輸出電容的情況下非常穩(wěn)定。

　　由于 TPS74x01 系列產(chǎn)品在沒有輸出電容的情況下比較穩(wěn)定，同時瞬態(tài)響應(yīng)比較快，因此有足夠的用于欠功率器件的局部旁路電容來滿足大多數(shù) FPGA 和 DSP 的瞬態(tài)響應(yīng)需求。由于不再需要用于電源軌的多聯(lián)大型電容器，從而降低了解決方案的總成本。

　　軟啟動和排序

　　大多數(shù)傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器啟動較快，這是因?yàn)榉答伃h(huán)路可以感應(yīng)低輸出電壓，并開啟旁路 FET。在一些應(yīng)用中，快速啟動是必要的，但是這樣的快速啟動會導(dǎo)致達(dá)到器件電流極限值的高浪涌電流，從而使輸出電容器充電。該高電流可能會破壞輸入電源總線，并且會導(dǎo)致一些系統(tǒng)級問題。一個線性和單調(diào)軟啟動可以減少浪涌電流峰值，并且使啟動瞬變量最小化，這些效果均可在輸入電源總線上觀察到。TPS74201 和 TPS74401 誤差放大器會一直跟蹤外部軟啟動電容器的電壓斜坡，直到該電容器電壓高出內(nèi)部參考電壓，這樣就可實(shí)現(xiàn)一個線性和單調(diào)性的軟啟動。軟啟動斜坡時間取決于軟啟動充電電流 (ISS)、軟啟動電容 (CSS) 和內(nèi)部參考電壓 (VREF)，其可以用以下公式計(jì)算得出：

　　需要注意的是，由于軟啟動是壓控的，所以啟動不依賴于輸出負(fù)載。

　　TPS74301 版本采用 TRACK 引腳，而不是 SS 引腳。如圖 3 所示，在一個連接至 TRACK 的外部電源，使用一個電阻器分壓器中心抽頭 (center tap)，TPS74301 的輸出電壓會跟蹤外部電源直到 TRACK 電壓達(dá)到 0.8V?？梢岳迷撎匦赃M(jìn)行同時或比例排序操作。在內(nèi)核和許多處理器的輸入/輸出功率和/或管理高度集成的上電復(fù)位電路的引腳之間，會出現(xiàn) ESD 結(jié)構(gòu)應(yīng)力，而以上操作對于減少該應(yīng)力有較大幫助。通過綁定集成 PG 信號到跟隨電源的 EN 引腳，所有 TPS74x01 系列產(chǎn)品均可輕松地進(jìn)行連續(xù)排序操作。

　　結(jié)論

　　TPS74x01 系列產(chǎn)品均帶有一個雙輸入軌和低壓差電源，該系列產(chǎn)品使線性穩(wěn)壓器比開關(guān)穩(wěn)壓器更具吸引力，能夠減小電路板的尺寸并降低成本，還可以高效地提供許多較低電壓和更高輸出電流的電源軌。該系列產(chǎn)品還擁有其他的一些特性，包括可控軟啟動、跟蹤和集成 PG，可以處理過去一直困擾線性穩(wěn)壓器的啟動問題。并且，在快速瞬態(tài)響應(yīng)中，可以使輸出電容器的總數(shù)量最少化，您會得到一個近乎理想化的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。