面向汽车应用的线性调整器与开关调整器的比较
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:625
    
    
    多年来,人们一直预测低压差线性调整器(ldo)要退出在汽车领域的应用。但是,ldo调整器持续生存着甚至茁壮成长,因为它们的价格便宜且使用方便。本文中,我将阐述ldo调整器的复杂性,考察市场上的最新进展(确实有一些进展),并分析随着汽车电源需求的持续攀升而向开关型调整器转移的趋势。
    
    新型线性调整器
    
    线性调整器有什么新技术呢?让我们首先看看输出电容。目前,陶瓷电容都选择的是0402封装,大多数原因在于所改进的材料已经把它们的温度范围从125℃(257°f)提高到了150℃(302°f),所改善的安装方法减少了热冲击并提高了抗振能力。这些电容的小尺寸减少了它们的感性成分,进一步提高了高频性能。但是,陶瓷电容的关键特性是其低的等效串联阻抗或esr。
    
    基本的闭环线性调整器系统由一个误差放大器、输出驱动器和负载组成。图1到3详细描述了双极型线性调整器的闭环频率响应,在保持系统设置和输出容值相同的情况下,改变输出电容的esr可以看到其影响。具有1欧姆esr(图1)的电容为稳定的;而具有0.01欧姆非常低 esr(图2)的电容就不稳定;具有3欧姆较大esr(图3)的电容也不稳定。
    
    
    
    
    
    
    
    开关电源设计中有一条非常实用的经验法则:无论何时闭环增益大于或等于1,闭环相位永远不会落在360度的30度之内。
    
    大多数线性调整器并未给你提供测量稳定性曲线的可接入点。取而代之的是,芯片制造提供一组与输出电容的esr数值相对应的曲线,显示哪些地方有可能出现稳定性问题。图4所示为输出电容esr的不稳定区和稳定区的典型差异,它取决于因输出电流变化引起的输出调整器电压的变化。图5所示为输出电容数值上的不稳定和稳定区之间的差异。
    
    
    
    
    
    负载响应时间通常与ic稳定性产品区域呈相反的规律变化。环路响应时间一直被降低以提供更佳的稳定性。用一个外部输出电容可以补偿大多数瞬态需求。要确保为你的需求提供一个数值足够大的电容。要采用常用的电容方程:
    
    
    
    来根据系统负载的大小计算电容数值、瞬态时间和系统容许的输出电压降。
    
    无论调整器处于加载或待机状态下,静态电流都是一个重要的指标。历史上,静态电流不受重视。随着汽车电子系统的增加,对现有电池和交流发电机的使用已经达到了极限。半导体制造工艺对静态电流的大小有一定影响,对于以两种不同类型制造工艺生产的产品,我们可以看到典型性能特征所受到的影响。图6所示为以双极工艺生产的器件,而图7所示为以bcd工艺生产的器件。注意以bcd工艺制造的器件所具有的扁平线特性。
    
    
    
    
    
    采用双极工艺的器件在高负载上静态电流会增加;采用bcd工艺的器件在小负载和大负载时都保持低的静态电流。结果对模块的静态电流限制贡献较低。
    
    节省电流
    
    在节省电流的控制中,你可以使用一种看门狗调整器(watchdog regulator)。看门狗调整器利用发往微处理器的唤醒信号实现节省电流。当微处理器指令正在开始运作时,一个协同信号由微处理器发回到电压调整器,向调整器提示它必须保持调整。一旦微处理器完成命令和指令,被发回调整器的反馈信号被取消。看门狗
    
    
    多年来,人们一直预测低压差线性调整器(ldo)要退出在汽车领域的应用。但是,ldo调整器持续生存着甚至茁壮成长,因为它们的价格便宜且使用方便。本文中,我将阐述ldo调整器的复杂性,考察市场上的最新进展(确实有一些进展),并分析随着汽车电源需求的持续攀升而向开关型调整器转移的趋势。
    
    新型线性调整器
    
    线性调整器有什么新技术呢?让我们首先看看输出电容。目前,陶瓷电容都选择的是0402封装,大多数原因在于所改进的材料已经把它们的温度范围从125℃(257°f)提高到了150℃(302°f),所改善的安装方法减少了热冲击并提高了抗振能力。这些电容的小尺寸减少了它们的感性成分,进一步提高了高频性能。但是,陶瓷电容的关键特性是其低的等效串联阻抗或esr。
    
    基本的闭环线性调整器系统由一个误差放大器、输出驱动器和负载组成。图1到3详细描述了双极型线性调整器的闭环频率响应,在保持系统设置和输出容值相同的情况下,改变输出电容的esr可以看到其影响。具有1欧姆esr(图1)的电容为稳定的;而具有0.01欧姆非常低 esr(图2)的电容就不稳定;具有3欧姆较大esr(图3)的电容也不稳定。
    
    
    
    
    
    
    
    开关电源设计中有一条非常实用的经验法则:无论何时闭环增益大于或等于1,闭环相位永远不会落在360度的30度之内。
    
    大多数线性调整器并未给你提供测量稳定性曲线的可接入点。取而代之的是,芯片制造提供一组与输出电容的esr数值相对应的曲线,显示哪些地方有可能出现稳定性问题。图4所示为输出电容esr的不稳定区和稳定区的典型差异,它取决于因输出电流变化引起的输出调整器电压的变化。图5所示为输出电容数值上的不稳定和稳定区之间的差异。
    
    
    
    
    
    负载响应时间通常与ic稳定性产品区域呈相反的规律变化。环路响应时间一直被降低以提供更佳的稳定性。用一个外部输出电容可以补偿大多数瞬态需求。要确保为你的需求提供一个数值足够大的电容。要采用常用的电容方程:
    
    
    
    来根据系统负载的大小计算电容数值、瞬态时间和系统容许的输出电压降。
    
    无论调整器处于加载或待机状态下,静态电流都是一个重要的指标。历史上,静态电流不受重视。随着汽车电子系统的增加,对现有电池和交流发电机的使用已经达到了极限。半导体制造工艺对静态电流的大小有一定影响,对于以两种不同类型制造工艺生产的产品,我们可以看到典型性能特征所受到的影响。图6所示为以双极工艺生产的器件,而图7所示为以bcd工艺生产的器件。注意以bcd工艺制造的器件所具有的扁平线特性。
    
    
    
    
    
    采用双极工艺的器件在高负载上静态电流会增加;采用bcd工艺的器件在小负载和大负载时都保持低的静态电流。结果对模块的静态电流限制贡献较低。
    
    节省电流
    
    在节省电流的控制中,你可以使用一种看门狗调整器(watchdog regulator)。看门狗调整器利用发往微处理器的唤醒信号实现节省电流。当微处理器指令正在开始运作时,一个协同信号由微处理器发回到电压调整器,向调整器提示它必须保持调整。一旦微处理器完成命令和指令,被发回调整器的反馈信号被取消。看门狗