芝识课堂【分立半导体】——电子设备的能力管理大师：电源管理IC（中）

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电源管理IC

在上篇文章中，我们介绍了电源管理IC的基本知识和产品分类。今天我们将围绕线性稳压器和开关稳压器的原理与功能展开讨论。

线性稳压器原理

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串联稳压器

如下图所示，串联稳压器不需要外部组件（需要输入／输出电容器）。MOSFET作为可变电阻进行工作，因此输出电压变为恒定电压。

MOSFET的漏极和源极之间的电位差（VIN－VOUT）×输入电流（IIN）将产生损耗。例如，如果输入是5V，输出是3V，则效率是60%。这种稳压器适用于要求低噪声和精确输出电压的电路电源。

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并联稳压器

图中虚线所包围的区域是并联稳压器中的IC。它需要三个外部电阻，内置的晶体管作为可变电阻进行工作，因此IK＋IOUT＝IIN＝常数。其结果是，在RSD处产生的电压变为恒定，并且输出电压变为恒定电压。但除了输出电流外，还需要通过晶体管的阴极电流。此外，在输入侧电阻RSD处存在电压降，这将降低效率。它适用于开关电源参考电压和开关电源光耦驱动电路等低电流（~20mA）应用。

开关稳压器的工作原理

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降压型转化器

降压型转化器是借着开关将直流电压VIN做时间分割后，以电感和电容器使其平滑化来转换成所希望的直流电压。降压型转化器图中显示了电压运动图像。矩形波由MOSFET重复开关产生。该波作用于线圈，对矩形波进行平整（平均）后，可以得到所需的直流电压。输出电压值则由矩形波占空比决定。

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升压型转化器

如升压型转化器图中所示，当MOSFET接通时，电流主要流过线圈和MOSFET。此时，能量在线圈中积聚。线圈的工作旨在释放积聚的能量并抑制电流的变化。当MOSFET关断时，到此为止流过线圈的电流将失去方向。但由于线圈的持续电流特性，线圈端的电压升高，电流流过二极管，电容器充电。这会导致超过输入电压的电压产生。

LDO的功能

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欠压锁定（UVLO）

当输入电压降到规定的输入电压以下时，该功能使IC处于待机状态，使得内部电路不会不稳定发生故障。

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电流限制

当输出端子VOUT进入非故意短路模式状态时，该功能可防止由于器件本身发热而导致的性能下降和损坏。过流保护有两种类型：一种是同时降低输出电流和输出电压的折叠型；另一种是在保持输出电流恒定的情况下降低输出电压的限流型。

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热关断（TSD）

它是一种防止因显著的环境温升而导致器件性能下降和损坏，以及防止因意外的大电流负载等而导致器件本身发热的电路。当内部温度检测电路检测到指定温度时，输出晶体管被关断。

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输出放电

当输出晶体管关断时，VOUT的端子电压可以根据连接到输出端子的负载电容保持一定的时间。此电路将快速释放积聚在负载侧的电荷，并将VOUT端子电压降至IC GND左右。

线性稳压器和开关稳压器是两种常用的电源类型。两者各有优势和缺点，在电路设计时，工程师需要根据电路需求，衡量尺寸、成本、稳定性等因素，做出正确选择并妥善实现方案。在下期的文章中，我们将继续为大家介绍电源管理IC中的负载开关，敬请期待！

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