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从零**放—10 电源演进过程(二)

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3.3AMS1117关键参数
*最高工作温度:125
*封装温升(TO2223[SOT-223]):90/W(空气),消耗1W产生温升可以达到90度,比如我们常温下也就30度,30+90就是120度,所以如果是裸露的话TO-223封装的话(没有PCB散热的情况下),基本上工作温度差不多到极限了,如果有PCB散热的话,那么每W的温升也就40-50度,那么30+4050也有70-80度了,手摸上去已经烫手了,虽然说不至于烧,但也烫手了,所以也算是到极限了,所以说你不能让电源芯片一直工作在极限温度上吧。电源上所标的输出电流,只能说它具有这个能力,但是真正达到多少电流取决于它身上的压降,也就是输入电压减去输出电压*工作的电流就是产生的发热量找到每度产生的热,一般来说如果没有散热器的情况下(空气条件30度),我们高估一点,比如说每瓦90度的话,30+90=120也就是到达极限了,那么我们就认为1117最高也就承受1瓦。所以我们设计的1117消耗的功耗,不要超过极限的0.5瓦,电源芯片尽可能多留些余量。否则哪一天买到质量差一点的就爆掉了。如果PCB散热条件好的话,问题就不太大了。
*输入输出最小压差:1.0V1117很适合输入5伏输出3.3伏的场合
*输出电压范围(AMS1117-3.3):3.2673.333V,这个可以看到它比LM78系列精度高了很多
*其它指标参考PDF文档
这个芯片有个缺点,比如输出3.3伏,那么加1伏的压差就是4.3伏了,我们知道锂电池是3.44.2伏,一般取下限,3.4(因为工作不可能工作在4.2上),锂电池刚开始用4.2,那么随着使用变成3.83.7将到3.4,一般3.4是锂电池的最低限。但是很多ARM芯片工作在3.3伏上,由于压差的问题,所以1117不适合用于锂电池供电的系统场合。
3.4AMS1117系列的局限性
*PNP达林顿三极管,中等压差:1.0V
*高静电电流:5.0mA
*移动设备的兴起,需要用锂电池3.44.2V供电,需要极低的功耗,极低的压差。(不适合)
由于上边局限性,线性电源继续进化。
4LDO系列
由于AMS1117的芯片缺陷,于是我们开发出了基于CMOS技术的LDOlow drop positive voltage,低压差输出电源),
4.1LDO内部电路简析
上图就是LDO内部等效电路,标记处使用的就是一个PMOS管,当ErrorAmp输出低电平的时候,PMOS管导通,那么压差几乎趋向于零,也就是保护电阻压差和PMOS管自身的压差。这里边Thermal Protection是热保护,ErrorAmp误差放大,OverCurrentShutDown过流检测。EN是控制引脚,那么LDO一般输出1.2V1.8V2.5V2.8V3.0V3.3V,其中3.3V是最常用的。手机上之前常使用的是2.8伏,因为手机的一般端口都是2.8伏,实际上2.8伏的电压和3.3伏的电压是兼容的,因为它们两个压差差0.5伏,所以可以兼容的。所以手机为了省电取了3.3伏的下限。
由于LDO使用CMOS做的,尤其主控MOS管用的是PMOS,所以说它的输入电压不能很高,最高是5.5伏。所以说特别适合于用锂电池的场合,但是它的输入电压最高有5.5V所以在插入一些USB的设备中容易坏,因为有些USB设备它的供电可能超过5.5V,有可能 引起损坏,但这种概率并不高。
4.2LDO基本参数
*输出电压:1.2V1.8V2.5V2.8V3.0V3.3V
*输入电压:5.5V
*输出电流:300mASOT23
*散热封装:SOT23SC70
LDO封装一般常用的就是SOT23封装,比较小的(上左图),SC70也用过但是比较少见。
它的电流是300mASOT23),那么我们算下它的发热量,比如我们输入电压是5伏,输出是3伏的话,那么压降就是2伏,SOT-23最大承受的也就是0.5瓦差不多,0.5瓦除以2伏,那么最高电流输出也就是250毫安,这是在5伏输入3伏输出的情况下。如果是5伏输入1.2输出的话,那这个电流就更小了,因为LDO自身压降有3.8伏,接近4伏了,那0.5瓦除以4就是125毫安。
4.3LDO的关键参数
*最高工作温度:125
*封装温升(SOT23):130/W(空气),每瓦对应的130度,刚才说了如果是0.5瓦的话,对应65度,比如本底是40度(因为有些设备壳子一包,空间温度可能30度,密封温升可能就升上去了,所以本底就是40度了,甚至更高),那么工作温度就是105度了,接近最高工作温度极限了,所以说SOT23封装的自身产生功耗千万不要超过0.5瓦。而且SOT23封装的只有一些脚印出来,也没法散热,所以可以把空气这个值直接拿进来计算。
*输入输出最小压差:0.18V@300mA,这是在300mA情况下,最小压差是0.18V,因为MOS管导通时讲的是电阻值是多少,还不是讲的压降,随着不同的电流下,因为MOS管导通之后它加在MOSDS之间的电压取决于电流的大小的,在300mA下压降是0.18伏。那么我们在100mA下除以3的话那就是0.06伏了,而这个电流越大压降会越高,所以一般来说小电流的话压降就可能比较小了,也就是0.0几伏了。手机里大量使用LDO,因为它的工作电压是2.8伏,那锂电池最低电压是3.4伏要关机的话,3.4伏减去2.8伏还有余量0.6伏压差,那么这里0.18mA足够它用了。
*静态电流:65uA,静态电流非常非常小,所以基本可以忽略不记。当然手机里边LDO大量使用一台手机LDO可能用到5-6个,那5-6个乘起来也不小,也接近0.3mA了。
*其它指标参考PDF文档
4.4LDO系列的局限性
*PMOS调整管,输入耐压较低,不能超过6V,使用局限性较大。一般用于锂电池供电或者5伏之类的USB供电场合,USB供电都有点危险。
*智能手机的兴起,耗电提高,需要低压大电流,LDO的效率太低。智能手机的内核一般工作电压在1.2伏,比如说锂电池最低3.4伏输入的话,你输出1.2伏,这样效率太低,1.2/3.4效率才30%,锂电池的电流有很大,所以低压差这种线性电源效率太低了。
由于LDO的局限性,技术又向前进一步
5、降压型开关电源
线性电源,当输入和输出压差比较大的情况下,就存在效率问题,为了解决效率引入了开关电源,降压型开关电源又叫巴赫电路
5.1、降压型开关电源
当开关导通的时候,MOS管导通,过来的电通过电感对电容C充电同时对负载R放电你,当开关关闭的时候,因为电感上已经有电流,电感的电流不能突变,它必须要续流因为它的能量要释放掉,于是通过二极管D持续续流,于是把电感上的能量释放给电容,通过电容给到负载R,当然续流是同时给CR的,那么可以理解为当MOS管导通的时候,这个电压加在电感和负载上,因为电容电压不能突变,那么多余的电压就加在了电感上,因为电压加在电感上,电感的电流要慢慢增加,因为根据公式电感上的电流等于电压除以电感量,电流慢慢线性上升;那么关闭的时候呢,电感上的能量要释放,然后通过D二极管续流释放对电容C和电阻放电,一部分电放到了电容上存储起来了慢慢消耗,有一部分直接消耗在负载R上。这里的二极管叫续流二极管。
5.2LM25系列
最经典的开关电源之后呢,继LM78系列之后也是国半开发出来的LM25系列。


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