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扩展LDO稳压器的输入电压范围

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gangwa258123456|  楼主 | 2012-4-22 22:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:Jeff Falin 德州仪器(TI)www.ti.com.cn
由于制造工艺的原因,所有 IC 都有一个输入电压极限。当您想要使用 dc/dc 转换器(例如:线性稳压器)将高电源电压调节为较低的稳定电压时,这种电压极限就显得较为不便。添加一个 FET 至线性稳压器的输入端,就可以创建一个 dc/dc 转换器,其具有比单独使用稳压器更宽的输入电压范围。过电压(以及随之产生的功耗)在 FET 上被降低。图 1 显示了 TPS79228 2.8-V、100-mA、低噪声、高 PSRR LDO 稳压器输入端的 IRF7601 N-通道 MOSFET。两个电阻器为 MOSFET 栅极提供了一个偏置电压,负载电流决定了 MOSFET 源上的电压(即电阻 FET 导通电阻调节满足负载电流需求)。MOSFET 的选择基于三个标准:漏—源击穿电压、栅极驱动要求和功耗性能。在本例中,最大电源电压为 15V,而 TPS79228 拥有一个 5.5V 的建议工作输入电压最大值,因此选择了一个具有 20V 击穿电压的 MOSFET。
为了确定 MOSFET 栅极的最小偏置电压,就需要 MOSFET 漏极电流 (ID) 与栅—源电压 (VGS) 数据表曲线图表。就 IRF7601 而言,这些曲线表明该器件要实现 100-mA 的输出电流所需的 VGS 应略低于 1.5 V。由于在 100 mA 情况下,稳压器的最大压降为 100mV,因此稳压器的输入电压必须保持高于 2.9V。从而,MOSFET 栅极偏置至少为 1.5 V + 2.9 V = 4.4 V,这样的话,当 MOSFET 提供 100mA 电流时,其源电压不会降至 2.9V 以下。最大栅极偏置电压一般为稳压器所推荐的工作电压,或为 5.5V。该电压提供超出所需的栅极驱动,以为稳压器在断电模式下提供 1μA 的静态电流。尽管栅极可以在 4.4V 至 5.5V 之间进行偏置,但是应选择一个 5.0V 的偏置电压,以解决阈值电压下的各种变化情况。FET 的最大功耗为:
斜坡是另一个潜在的会带来噪声问题的地方。斜坡通常由电容器充电(电压模式)生成,或由来自于电源开关电流的采样(电流模式)生成。通常,电压模式斜坡并不是一个问题,因为电容对高频注入信号的阻抗很小。而电流斜坡却较为棘手,因为存在了上升边沿峰值、相对较小的斜坡振幅以及功率级寄生效应。
100 mA x (15 V – 2.9 V) = 1.21 W
Micro 8 封装中的 IRF7601 可以使 TA = 55℃。因此,在使用 TPS79228 以及一个 MOSFET 的情况下,一个 15V 电源可产生一个低噪声﹑低纹波的 2.8-V 输出电压。

图 1 用于扩展稳压器输入电压范围的 MOSFET 开关
如果输入电压变化较为明显,虽然图 2 相对有点复杂,但是非常必要。用一个齐纳二极管替代图 1 中底部的电阻器,并为 MOSFET 提供一个固定的栅极驱动。齐纳二极管输出电压的选择方式与前面的阐述相似。

图 2 用于扩展稳压器输入电压范围利用齐纳二极管进行偏置的 MOSFET 开关
就创建一个输入电压范围比转换器 IC 容许范围更宽的 dc/dc 转换器而言,两种方法均适合。单个 MOSFET 解决方案是最简单,也是最便宜的解决方案。当没有对电源进行稳压时,由一个齐纳二极管进行偏置的 MOSFET 是最佳的选择。

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