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超低差(VLDO)线性稳压器在低V(OUT)应用中优于开关稳压器

来源:analog 发布时间:2023-12-25

摘要: 每一代新计算系统都需要更大的功率、更低的工作电压和更多的电源电压。CPU核心、逻辑和终端电压通常低于1.8V。

每一代新计算系统都需要更大的功率、更低的工作电压和更多的电源电压。CPU核心、逻辑和终端电压通常低于1.8V。三个或更多的电源电压是标准,其中高效率的同步开关稳压器通常产生每个电压。这些系统对输入电压变化、输出负载电流变化、温度变化和输出负载阶跃响应都有严格的输出电压调节规范。这些要求要求需要一个精确的、高速的调节器。在输出电流为1A-10A的应用中,工作于低V(In)的VLDO 线性稳压器与开关稳压器相比具有几个优点。与交换器解决方案相比,VLDO消耗更少的电路板空间,需要更少的组件和更低的成本。当输入输出电压差较低时,效率是相当的。图1显示了一个VLDO取代多电源系统中的开关稳压器。


图1所示 VLDO取代了多输出电源中的开关稳压器。

LT3150 VLDO结合了精度,快速响应和高效率

LT3150控制器驱动外部n沟道MOSFET作为源从动器,以创建极低差,超快速瞬态响应线性调节器。MOSFET R(DS(ON))设置压降性能,压降电压与输出负载电流成正比。LT3150的精确修整基准提供±0.6%的初始精度,±1%的温度公差,并适应低压输出。暂态响应性能围绕低成本、低ESR、高效可用的陶瓷电容器进行优化。根据单个电源的要求,输出去耦网络通常由多个并联的1µF - 10µF陶瓷电容器组成。消除大块输出电容器显著降低成本。

LT3150包括一个固定频率升压调节器,为外部n沟道MOSFET产生栅极驱动。内部补偿电流模式PWM架构结合1.4MHz开关频率允许使用微小,低成本的电容器和电感器。LT3150还集成了限流,电源顺序的开/关控制和过压保护或热关闭与一些外部组件。

LT3150特性

  • 陶瓷输出电容优化快速瞬态响应

  • MOSFET R(DS(ON))定义压降电压

  • ±1%的参考温度公差

  • 带锁存器的多功能LDO关闭引脚

  • 固定频率1.4MHz升压转换器产生MOSFET栅极驱动

  • 电流型PWM升压变换器采用微型电容器和电感

  • 独立升压转换器关断引脚允许LDO V(OUT)电源排序

  • 可提供16导联SSOP包

1.8V至1.5V线性稳压器

图2显示了采用LT3150和所有表面贴装元件的1.8V至1.5V线性稳压器。该稳压器提供高达4A的输出电流,使用低成本的逻辑级Siliconix Si4410 n沟道MOSFET用于Q1, pass元件。由L1、D1、R1-R2和C1组成的升压变换器为Q1产生6.8V栅极驱动电源。电路在4A时的压降电压通常为65mV。由于低输入输出电压差,该电路的效率为83.3%。图3显示了该电路的良好瞬态响应。仅22µF的输出电容将3.9A负载阶跃与50ns上升/下降时间限制在±55mV的输出峰值偏差。R4、C2和C3提供针对Q1和C(OUT)特性的环路频率补偿。在最坏情况下,Si4410的最大输入电源电压为1.9V,最大负载电流为4A,功耗为1.6W。Q1温升约40℃。除了适当的PCB布局所提供的之外,不需要气流或额外的散热。


图2 1.8V至1.5V, 4A极低压降线性稳压器(4A时典型压降电压为65mV)。


图3 0.1A到4A输出负载阶跃的瞬态响应。

无R(SENSE)电流限制

图2所示电路在故障条件下不提供任何输出电流限制。在这种情况下,产生1.8V输入电源的DC/DC转换器是唯一的保护源,并且假设它提供限流。图4显示了一种解决方案,适用于需要进一步保护但不希望通过检测电阻的损耗来影响降压的用户。该电路采用LT3150 No R(SENSE) 限流方案,该方案采用可编程定时器。用户通过SHDN2引脚的C4设置一个超时时间,在锁存VLDO控制器关闭之前限制故障条件的持续时间。


图4 1.8V至1.5V, 4A VLDO线性稳压器,无R(SENSE)限流和开/关控制。

连接到地的I(NEG)引脚激活No R(SENSE)内部电路。故障情况,如输出短路,在SHDN2引脚启动定时器,因为内部电路检测到GATE引脚被驱动到正轨的1V(通常)以内。在超时期间,C5的储层为I(POS)引脚的内部电路提供电源。如果V(IN)处于电流限制并且其电压崩溃,则D2反向偏置。超过超时时间后,V(out)关闭并锁存。为了恢复正常操作,复位定时器电容,使其具有主动下拉或循环电源到V(IN2)引脚,同时为定时器电容提供外部放血路径。

注意,这种技术在超时期间不限制MOSFET电流。只有输入电源和输入输出阻抗限制输出电流。计时器周期设置为将Q1保持在其SOA(安全操作区域)内,并控制其温升。精明的工程师会认识到这种技术有两个限制;一个非常缓慢的输入供应斜坡和在dropout操作都激活定时器。在50ms内应用1.8V的输入电源正常启动该电路。还有一个逻辑信号SHDN1引脚提供开/关控制,并为LDO输出提供电源排序。例如,保持该引脚低电平直到1.8V电源稳定,消除了1.5V电源的输入电源启动斜坡的考虑。

结论

基于lt3150的解决方案是一种节省成本和空间的开关稳压器替代方案,适用于低输出电压至1.2V的应用。LT3150结合了低输入电压工作,极低的降电压性能,精确调节和快速瞬态响应的优点。LT3150驱动多种MOSFET通通元件,使其易于缩放输出功率和降差性能。

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