為你的系統(tǒng)挑選合適的低壓降穩(wěn)壓器

　　大部分系統(tǒng)設(shè)計工程師可能都會同意線性穩(wěn)壓器是眾多穩(wěn)壓器之中最容易使用的一種，而且由于這個原因，也最受系統(tǒng)設(shè)計工程師歡迎。但新一代的系統(tǒng)要求極為嚴格，因此只采用線性穩(wěn)壓技術(shù)的高性能系統(tǒng)會受到較多的制約，以致很難充分發(fā)揮其性能。這個發(fā)展趨勢帶出以下幾個問題：系統(tǒng)設(shè)計工程師構(gòu)思新產(chǎn)品時可以獲得哪一方面的技術(shù)支持？采用線性穩(wěn)壓技術(shù)的直流/直流功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點？是否比采用其他線路布局的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)優(yōu)勝？技術(shù)上又有什么局限？若以同一應(yīng)用作比較，哪一類的低壓降穩(wěn)壓器有較高的效率？不同廠商的線性穩(wěn)壓器是否有高下優(yōu)劣之別？

　　看起來這些問題好像非常簡單，其實問題的答案比我們想象復(fù)雜，因為需要考慮的重要因素及技術(shù)參數(shù)非常多，加上有關(guān)因素的重要性經(jīng)常被人忽略，因此系統(tǒng)設(shè)計工程師做出取舍時必須小心謹慎。由于新產(chǎn)品的供電要求越趨嚴格，電路板的面積也不斷縮小，加上系統(tǒng)必須保證能發(fā)揮最基本的性能，因此我們必須為新產(chǎn)品挑選合適的低壓降穩(wěn)壓器。好的低壓降穩(wěn)壓器可以解決很多應(yīng)用上的問題；若穩(wěn)壓器的選擇不當，整個設(shè)計根本就無法落實執(zhí)行。

　　散熱、效率及封裝

　　線性穩(wěn)壓器的輸入功率并非完全能從輸出端口輸出，兩者的相差都會轉(zhuǎn)為熱能耗散掉。功率耗散(Pd)可以根據(jù)以下的公式粗略估算：

　　Pd =(Vin–Vout) * Iout

　　若要更精確計算功率耗散，我們必須將Vin * Iq這個變項計算在內(nèi)。功率耗散總額可以根據(jù)以下公式計算出來：

　　Pd =(Vin–Vout) * Iout+Vin * Iq

　　若按照上述兩條公式，再將5伏(V)電壓調(diào)低至1.5伏 (靜態(tài)電流為300mA)，那么線性穩(wěn)壓器耗散為熱能的功率不會少于：

　　(5–1.5) * 0.35 =1.225W

　　究竟這個功耗量應(yīng)視為高還是低呢？有關(guān)這個問題我們不可過早做出判斷，我們必須根據(jù)芯片封裝以及電路板的類型與面積 (若采用表面貼裝封裝)，找出這些變項與溫度上升幅度之間的函數(shù)關(guān)系，從而計算 1.225W 的功率耗散究竟會令溫度上升多少。這樣我們才可作出一個較為全面的判斷，確定 1.225W 的功率耗散是高還是低。系統(tǒng)設(shè)計工程師一般都喜歡采用最小巧的封裝，但這類封裝的熱阻值非常高，因此散熱能力也最差。

[$page]　　標準SOT-23及SC-70等小巧封裝的qJA值介于200度/W與400度/W之間。體積不大不小的SOT-223、TO-252(DPAK)及其它無掩蔽焊球SMD封裝(包括PSOP及ETSSOP)的qJA值則介于50度/W與90度/W之間。

　　一般來說，只有較大的封裝(例如TO-220及TO-263) 才有較理想的qJA值，其數(shù)值介于40度/W與60度/W之間。大致上，這是封裝大小與溫度上升幅度之間的變化規(guī)律，適用于除LLP之外的所有封裝。由于 LLP封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為特別，例如晶片以面向上、底朝下的方式置于金屬面，而金屬面則設(shè)于封裝底部，并無任何掩蔽，因此這種超小型封裝的熱阻極低，甚至可媲美較大的封裝，是目前唯一一種熱阻值這樣低的超小型封裝。

　　上述數(shù)字對系統(tǒng)溫度有什么影響？若功率耗散為Pd=1.225W，理論上2.85mmx3mm的SOT-23封裝的溫度至少會上升300度。6.6mmx9.7mm的DPAK封裝的受熱溫度會比環(huán)境溫度高80度，只有10.4mmx14.35mm的TO-263封裝或2.9mmx3.3mm的 LLP封裝才有較小的溫度升幅(50度)。系統(tǒng)設(shè)計工程師若懂得如何選擇合適的線性穩(wěn)壓器封裝，便可大致知道是否需要改用開關(guān)穩(wěn)壓器。

　　靜態(tài)電流(Iq)及互補金屬氧化半導體(CMOS)低壓降穩(wěn)壓器

　　靜態(tài)電流(Iq)也稱為操作電流或接地電流，是設(shè)計低功率、低操作電流及以電池供電的電子產(chǎn)品時需要考慮的其中一個重要因素。每當我們談及1A、2A或3A恒流負載時，我們會否忽略靜態(tài)電流所發(fā)揮的重要作用？系統(tǒng)設(shè)計工程師很多時都忽略這個問題 – 其實無視靜態(tài)電流的重要性可能要付出很大的代價。系統(tǒng)的靜態(tài)電流可能會隨著負載電流的增加而大幅上升，確實升幅取決于低壓降穩(wěn)壓器所采用的工藝技術(shù)。以雙極低壓降穩(wěn)壓器為例來說，3A負載電流的靜態(tài)電流可能超過200MA。此外，CMOS低壓降穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流極低，而且不受負載大小影響，若滿載電流為 3A，靜態(tài)電流一般只有3mA至15mA；若負載電流為1A/2A，靜態(tài)電流則介于100A與6mA之間。(參看圖1所載有關(guān)供電電流與負載電流的函數(shù)關(guān)系圖，圖中比較的兩款150mA低壓降穩(wěn)壓器分別采用CMOS及雙極工藝技術(shù)制造。)

　　若輸出電流為3A，靜態(tài)電流是200MA還是6mA的問題究竟是否這樣重要？正如上文所說，功率耗散總額是判斷低壓降穩(wěn)壓器解決方案實際可行與否的決定性指標，雖然在計算功率耗散的公式之中，第一個變項會隨著不同的應(yīng)用而改變 (亦即這個變項取決于輸入電壓與輸出電壓)，但第二個變項則完全取決于靜態(tài)電流的大小，而且可能是左右功率耗散實際大小的一個重要因素。以3.3伏的輸入電壓為例來說，200MA的靜態(tài)電流會將功率耗散提高660mW，以如此高的功率耗散來說，有關(guān)的設(shè)計可能需要改用開關(guān)穩(wěn)壓器。若靜態(tài)電流低至只有 6mA，功率耗散則只會增加約20mW，這個增幅可說微不足道，因此功率耗散總額幾乎不受任何影響。以如此低的靜態(tài)電流來說，線性穩(wěn)壓器仍可發(fā)揮其作用，因此只要靜態(tài)電流夠低，系統(tǒng)設(shè)計工程師仍然可以選用CMOS線性穩(wěn)