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穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?

發(fā)布時間:2020-12-03 來源:亞德諾半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】作為一名應(yīng)用工程師,經(jīng)常被問及有關(guān)穩(wěn)壓器空載工作的問題。大多數(shù)現(xiàn)代 LDO 和開關(guān)穩(wěn)壓器均能在空載的情況下穩(wěn)定工作,那么,人們?yōu)槭裁催€要再三詢問呢?
    
一些老式的功率器件要求具有最小的負(fù)載以保證穩(wěn)定性,因為其中一個必須得到補(bǔ)償?shù)碾姌O受有效負(fù)載電阻的影響。例如,圖 A 顯示,LM1117 至少需要 1.7 mA 的負(fù)載電流(最大 5 mA)。
 
穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?
圖 A. LM1117 最小負(fù)載電流規(guī)格。
 
大多數(shù)新型器件均能在無負(fù)載的情況下工作,對于這一規(guī)則,極少有例外情況。一些設(shè)計技術(shù)使得 LDO 在使用任何輸出電容(尤其是低 ESR 電容)的情況下都能保持穩(wěn)定狀態(tài),它們也用于保障器件在無負(fù)載情況下的穩(wěn)定性。對于少數(shù)需要負(fù)載的現(xiàn)代器件,這一限制一般是通過旁路元件的漏電流造成的,而不是穩(wěn)定性原因造成的。那么,您如何辨別呢?請參閱數(shù)據(jù)手冊。如果器件需要最小負(fù)載,數(shù)據(jù)手冊必定會提供一些信息。
 
ADP1740 和其他低電壓、高電流 LDO 都屬于這一類。在最糟糕的情況下,集成電源開關(guān)產(chǎn)生的漏電流大約是 100 µA (85°C) 和 500 µA (125°C)。在無負(fù)載的情況下,漏電流會對輸出電容充電,直到開關(guān)的 VDS 低到足以將漏電流減小至可以忽略不計的水平,同時增加空載輸出電壓。數(shù)據(jù)手冊指出,至少需要 500 µA 的負(fù)載,因此,如果器件要在高溫下工作,則建議使用仿真負(fù)載。該負(fù)載小于設(shè)備的額定值 2 A。圖 B 顯示了 ADP1740 數(shù)據(jù)手冊中列出的最小負(fù)載電流規(guī)格。
 
穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?
圖 B. ADP1740 最小負(fù)載電流規(guī)格
 
如果數(shù)據(jù)手冊中未明確指出最小負(fù)載,該怎么辦?在大多數(shù)情況下,是不需要最小負(fù)載的。雖然聽起來可能不太令人信服,但是,如果需要最小負(fù)載,數(shù)據(jù)手冊中肯定會提供此類信息。然而,困惑往往隨之而來,因為數(shù)據(jù)手冊中通常使用圖表來顯示某個工作范圍的規(guī)格。大多數(shù)這些圖表采用對數(shù)形式,這使得它們可以顯示數(shù)十年的負(fù)載范圍,但是,對數(shù)刻度不能變?yōu)榱恪?/div>
 
圖 C 顯示了 ADM7160 在 10 µA 到 200 mA 范圍內(nèi)的輸出電壓以及接地電流和負(fù)載電流。其他圖表,例如接地電流與輸入電壓,顯示了多個負(fù)載電流時的測量結(jié)果,但并未顯示電流為零時的數(shù)據(jù)。
 
穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?

穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?
 
圖 C. ADM7160 輸出電壓以及接地電流和負(fù)載電流。
 
此外,PSRR、電源電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整、噪聲等參數(shù)指定了某個不包括零的負(fù)載電流范圍,如圖 D 所示。但是,這絕不意味著需要最小負(fù)載。
 
穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?
圖 D. ADM7160 負(fù)載調(diào)整。
 
您如果使用具有省電模式 (PSM) 的開關(guān)穩(wěn)壓器,則往往會擔(dān)心穩(wěn)壓器在輕負(fù)載時的工作情況,因為 PSM 會減少工作頻率、跳脈、提供脈沖群或出現(xiàn)這些情況的某種組合。在輕負(fù)載的情況下,PSM 會減少功耗,提高效率。其缺點在于輸出紋波會顯著增加,但是,器件仍可保持穩(wěn)定狀態(tài),并且可以在空載時輕松工作。
 
如圖 E 中所示,當(dāng)負(fù)載在 800 mA 與 1 mA 之間切換時,ADP2370 高電壓、低靜態(tài)電流降壓穩(wěn)壓器因 PSM 工作產(chǎn)生了更多的紋波。測試是在 1 mA 時完成的這一事實并不代表 1 mA 就是最小負(fù)載。
 
穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?
圖 E. 省電模式下的 ADP2370 負(fù)載瞬態(tài)。
 
圖 F 顯示了隨負(fù)載電流變化的紋波電壓。在該例中,圖中所示的紋波電壓一直降到零,表明負(fù)載可以為零,并且空載時的噪聲不會比電流為 1 mA 或 10 mA 時的噪聲更糟糕。

穩(wěn)壓器在空載的情況下能否穩(wěn)定工作?
圖 F. ADP2370 輸出紋波與負(fù)載電流。
 
結(jié)論
 
大多數(shù)現(xiàn)代穩(wěn)壓器均能在零負(fù)載電流的情況下穩(wěn)定地工作,若存有疑問,可參考數(shù)據(jù)手冊。盡管如此,仍要注意。對數(shù)圖表無法歸零,且測試并非總是在零負(fù)載電流的情況下進(jìn)行,因此,盡管未顯示空載數(shù)據(jù),您也不應(yīng)推斷出穩(wěn)壓器無法在空載情況下正常工作。使用開關(guān)穩(wěn)壓器時,在省電模式下出現(xiàn)紋波是正常的,并非意味著不穩(wěn)定。
 
ADM7160
●PSRR性能:54 dB (100 kHz)
●獨立于VLOUT的超低噪聲
3 μV rms(0.1 Hz至10 Hz)
9.5 μV rms(0.1 Hz至100 kHz)
9 µV rms(10Hz至100KHz)
17 µV rms(10Hz至1MHz)
●低壓差:
150 mV(200 mA負(fù)載)
●最大輸出電流:200 mA
●輸入電壓范圍:2.2 V至5.5 V
●低靜態(tài)電流、低關(guān)斷電流
●初始精度:±1%
●在整個線路、負(fù)載與溫度范圍內(nèi)的精度:−2.5%/+1.5%
●5引腳TSOT封裝和
●6引腳LFCSP封裝
(來源:亞德諾半導(dǎo)體)
 
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