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　　新型高效率的線性穩(wěn)壓器能滿足穩(wěn)定性及啟動時大的浪涌電流要求，種種問題都可以利用 TI 的雙輸入軌 TPS74x01 來解決這些問題。
　　線性穩(wěn)壓器拓撲結構概述
　　在較高電流應用中使用線性穩(wěn)壓器的主要問題在于效率低下，其效率可通過 VOUT/VIN 計算得出。線性穩(wěn)壓器中的功率損耗 (PLOST) 主要來自其封裝，該功率損耗可以通過如下公式計算得出：
　　TO-263 或 D2PAK 封裝是可用于線性穩(wěn)壓器的最大表面貼裝封裝。如果不計氣流的話，該封裝的最大功耗大約為 2.75W（假設該封裝與一塊較大的銅板焊接在一起用于散熱）。許多配備了 PMOS 旁路元件的高電流“低壓降”線性穩(wěn)壓器的最小輸入電壓范圍為 2.5V～2.7V，其不但可以為內(nèi)部 LDO 驅(qū)動電路供電，而且還足以驅(qū)動 PMOS FET 來提供較高的輸出電流。
　　由于額外氣流和/或需要對穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的熱量進行外部散熱，因此，在輸出電壓低于 1.8V 和輸出電流大于 2.5A 時使用帶有 PMOS 旁路元件的線性穩(wěn)壓器就會顯得不便，并且成本也會增加。
　　與類似的額定電流 PMOS FET 相比，NMOS FET 本身具有較低的 rDS(on)，因此 NMOS FET 旁路元件只需較低的 VIN-VOUT 壓降即可提供相同強度的電流。然而，基于 NMOS 的穩(wěn)壓器的源極跟隨器結構要求，F(xiàn)ET 柵極電壓至少為一個高于輸出電壓的閾值壓降（通常為 1V）。穩(wěn)壓器需要一個內(nèi)部充電泵來提供更高的柵極驅(qū)動電壓，或一個由電路中現(xiàn)有的 5V 或 3.3V 偏置電源產(chǎn)生的二次低功耗輸入軌，這就是開發(fā)雙輸入軌、基于 NMOS 旁路元件的 TPS74x01 系列線性穩(wěn)壓器的原因。

　　壓降

　　TPS74x01 穩(wěn)壓器具有兩個輸入電壓，其中一個用來提供低電流偏置電壓以驅(qū)動控制 NMOS 旁路器件的內(nèi)部電路，另一個用來進行二次功率輸入。由于所有的內(nèi)部電路均使用較高的 BIAS 輸入電壓運行，因此旁路元件可以通過一個低壓輸入電源實現(xiàn)穩(wěn)壓。實際上，輸入功率 IN 只受輸出電壓和器件壓降的限制。

　　TPS74x01 有兩種不同的壓降規(guī)范，第一種被稱為 VIN 壓降，其專門針對那些希望通過使用外部偏置電壓來實現(xiàn)低壓降的用戶。該規(guī)范假設了 VBIAS 至少比 VOUT 高 1.62V。此類應用中，F(xiàn)PGA 收發(fā)器一般使用低紋波、1.2V、3A 的電源軌，該收發(fā)器內(nèi)部 1.5V 和3.3V 的開關電源分別提供輸入電壓和偏置電壓。在此結構中，55℃ 時功耗為 1.9W 的 3×3mm QFN 封裝功耗僅為 (1.5V-1.2V)×3A=0.9W，從而達到了 1.2V/1.5V=80% 的效率。

　　第二種規(guī)范被稱為 VBIAS 壓降，該規(guī)格的壓降專門針對那些希望將 IN 和 BIAS 引腳綁定在一起的用戶。這樣就可將該器件用于無輔助偏置電壓或不要求低壓降的應用中。因為 VBIAS 要為旁路 FET 提供柵極驅(qū)動，所以 VBIAS 必須要比 VOUT 高 1.4V，同時壓降受限于應用中所使用的 BIAS。例如 TPS74201 可通過一個效率為 66%（3.3V/5V）的 5V 電壓軌提供一個 3.3V、1.0A的軟啟動電源（稍后將作討論），并且功耗為：（5V-3.3V）×1.0A=1.7W

　　穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應

　　由于輸出電容與負載阻抗生成的其中一個控制環(huán)路極點的頻率位置會隨著輸出電流的變化而變化，到目前為止，線性穩(wěn)壓器環(huán)路穩(wěn)定性對模擬 IC 設計人員而言還是一個難題。在源跟隨器結構中，具有 NMOS 旁路元件的穩(wěn)壓器更易于實現(xiàn)功率補償，因為在共源結構中，其輸出阻抗低于相近功率的PMOS穩(wěn)壓器。這就意味著 NMOS 穩(wěn)壓器的移動極點頻率高于同類額定功率 PMOS，即遠遠高于內(nèi)部誤差放大器極點。確保穩(wěn)定性的傳統(tǒng)方法，一是在低頻下逐步減少控制環(huán)路的響應，從而減少瞬態(tài)響應；二是利用具有若干等效串聯(lián)電阻 (ESR) 的輸出電容產(chǎn)生的零電位抵消移動極點。采用專利反饋控制拓撲技術的 TPS74x01 系列的 VBIAS 為 3.3V、VIN 為 1.8V 并且 VOUT 為 1.5V，無需輸出電容即可實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應（請參見圖 2），同時在與具有 ESR 的較大電容共同工作時仍然能保持穩(wěn)定。在負載瞬態(tài)之后沒有輸出電壓(m.jssjbk.com)振鈴，這表明穩(wěn)壓器在沒有輸出電容的情況下非常穩(wěn)定。

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一款新型高效率的線性穩(wěn)壓器

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