解析TPS736xx系列低壓差穩(wěn)壓器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

引言

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，低壓差穩(wěn)壓器（LDO）扮演著至關(guān)重要的角色。TPS736xx系列LDO以其獨特的特性和廣泛的應(yīng)用場景，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討一下這款穩(wěn)壓器的各項特性、應(yīng)用領(lǐng)域以及設(shè)計過程中的關(guān)鍵要點。

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產(chǎn)品概述

TPS736xx系列采用了全新的拓撲結(jié)構(gòu)——電壓跟隨器配置中的NMOS傳輸元件。這種拓撲結(jié)構(gòu)不僅在使用低ESR輸出電容時具有穩(wěn)定性，而且允許在無電容的情況下工作。同時，它還具備高反向阻斷能力（低反向電流），并且接地引腳電流在所有輸出電流值下幾乎保持恒定。

特性亮點

1. 受控基線與溫度性能：該系列產(chǎn)品具有受控基線，采用單一裝配、單一測試站點和單一制造站點。其溫度性能得到了擴展，可在 -55°C 至 125°C 的環(huán)境下穩(wěn)定工作，適用于對溫度要求較高的應(yīng)用場景。
2. 增強的支持與通知機制：提供增強的制造源減少（DMS）支持和產(chǎn)品變更通知，讓工程師在設(shè)計過程中更加放心。
3. 無需輸出電容：無需輸出電容或可使用任意值和類型的電容，輸入電壓范圍為 1.7 V 至 5.5 V，具有極大的靈活性。
4. 超低壓差與出色性能：典型壓差僅為 75 mV，具有出色的負載瞬態(tài)響應(yīng)，無論是有無可選輸出電容都能表現(xiàn)良好。新型NMOS拓撲結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)低反向泄漏電流，典型噪聲僅為 (30 mu V_{RMS })（10 Hz 至 100 kHz），初始精度為 0.5%，在整個線路、負載和溫度范圍內(nèi)的總體精度為 1%。
5. 低功耗與保護功能：關(guān)斷模式下最大 (I_{0}) 小于 1-μA，具備熱關(guān)斷和指定的最小/最大電流限制保護，確保了產(chǎn)品的可靠性和安全性。
6. 多種輸出電壓版本：提供多種固定輸出電壓版本，范圍從 1.2 V 到 3.3 V，還可實現(xiàn) 1.2 V 至 5.5 V 的可調(diào)輸出，甚至可定制輸出電壓。

應(yīng)用領(lǐng)域

便攜式/電池供電設(shè)備

由于其超低功耗和無需輸出電容的特性，TPS736xx系列非常適合用于便攜式設(shè)備，如智能手機、平板電腦、可穿戴設(shè)備等，能夠有效延長電池續(xù)航時間。

開關(guān)電源的后級穩(wěn)壓

在開關(guān)電源的輸出端，使用TPS736xx進行后級穩(wěn)壓，可以進一步降低輸出電壓的紋波和噪聲，提高電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

對噪聲敏感的電路

例如壓控振蕩器（VCO），該系列產(chǎn)品的低噪聲特性能夠為其提供干凈、穩(wěn)定的電源，確保電路的正常工作。

負載點穩(wěn)壓

對于數(shù)字信號處理器（DSP）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、專用集成電路（ASIC）和微處理器等對電源質(zhì)量要求較高的芯片，TPS736xx可以在負載點提供精確的電壓調(diào)節(jié)，滿足其工作需求。

產(chǎn)品信息與訂購

產(chǎn)品型號說明

TPS736xxMyyyREP 中，xx 表示正常輸出電壓（如 25 = 2.5 V，01 = 可調(diào)），yyy 是封裝標識符，z 是封裝數(shù)量。此外，還可通過創(chuàng)新的工廠 EEPROM 編程快速提供從 1.25 V 到 4.3 V 以 100 mV 為增量的額外輸出電壓，但有最小訂單量要求。

訂購信息

提供了多種封裝形式可供選擇，如SOT23 - DBV、SOT223 - DCQ、SON - DRB等，不同封裝對應(yīng)不同的可訂購部件編號和頂面標記。

電氣特性

電壓與精度

輸入電壓范圍為 1.7 V 至 5.5 V，內(nèi)部參考電壓（TPS73601）在 (T{J} = 25°C) 時為 1.2 V 至 1.21 V，輸出電壓范圍為 1.2 V 至 5.5 V - (V{DO})。初始精度為 ±0.5%，在整個線路、負載和溫度范圍內(nèi)的總體精度為 ±1%。

調(diào)節(jié)特性

線路調(diào)節(jié)率典型值為 0.01%/V，負載調(diào)節(jié)率典型值為 0.002%/mA，壓差電壓在 (I_{OUT} = 400 mA) 時典型值為 75 mV，最大值為 200 mV。

電流與阻抗

輸出電流限制在 (V{OUT} = 0.9 × V{OUT(nom)}) 時為 400 mA 至 800 mA，短路電流在 (V{OUT} = 0 V) 時為 450 mA，反向泄漏電流在 (V{EN} ≤ 0.5 V)，(0 V ≤ V{IN} ≤ V{OUT}) 時最大值為 15 μA，接地引腳電流在 (I{OUT} = 10 mA) 時典型值為 400 μA，(I{OUT} = 400 mA) 時典型值為 800 μA。

其他特性

電源抑制比（PSRR）在 (f = 100 Hz)，(I{OUT} = 400 mA) 時典型值為 58 dB，輸出噪聲電壓在 (BW = 10 Hz) 至 100 kHz，(C{OUT} = 10 μF)，無 (C{NR}) 時為 (27 × V{OUT}) (μV{RMS})，啟動時間在 (V{OUT} = 3 V)，(R{L} = 30 Ω)，(C{OUT} = 1 μF)，(C_{NR} = 0.01 μF) 時典型值為 600 μs。

典型特性分析

負載與線路調(diào)節(jié)

從負載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)的典型特性曲線可以看出，在不同的溫度和電流、電壓條件下，輸出電壓的變化都非常小，說明該系列產(chǎn)品具有良好的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力。

壓差電壓

壓差電壓與輸出電流和溫度的關(guān)系曲線顯示，隨著輸出電流的增加和溫度的升高，壓差電壓會有所增大，但總體上仍保持在較低的水平，確保了在不同工況下都能實現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換。

接地引腳電流

接地引腳電流與輸出電流和溫度的關(guān)系曲線表明，接地引腳電流在不同的輸入電壓和溫度條件下變化相對較小，進一步體現(xiàn)了該系列產(chǎn)品的低功耗特性。

電源抑制比

電源抑制比與頻率和 (V{IN} - V{OUT}) 的關(guān)系曲線顯示，在不同的頻率和輸入輸出電壓差值下，PSRR 都能保持在一定的水平，能夠有效抑制電源中的紋波和噪聲。

噪聲特性

噪聲特性曲線展示了不同電容配置下的輸出噪聲情況，通過合理選擇電容可以進一步降低輸出噪聲，滿足對噪聲敏感電路的需求。

瞬態(tài)響應(yīng)

負載瞬態(tài)響應(yīng)和線路瞬態(tài)響應(yīng)曲線表明，該系列產(chǎn)品在負載電流或輸入電壓發(fā)生變化時，能夠快速響應(yīng)并恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，具有良好的瞬態(tài)性能。

應(yīng)用設(shè)計要點

輸入和輸出電容

雖然輸入電容不是穩(wěn)定性所必需的，但在穩(wěn)壓器輸入電源兩端連接一個 0.1-μF 至 1-μF 的低 ESR 電容是良好的模擬設(shè)計實踐，可改善瞬態(tài)響應(yīng)、噪聲抑制和紋波抑制。輸出電容方面，TPS736xx 無需輸出電容即可穩(wěn)定工作，但在某些應(yīng)用中，添加輸出電容可以進一步改善負載瞬態(tài)、噪聲和 PSRR。當(dāng) (V{IN} - V{OUT} < 0.5 V) 且多個低 ESR 電容并聯(lián)時，需注意避免出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。

輸出噪聲

輸出噪聲與輸出電壓和電阻有關(guān)，可通過連接旁路電容或反饋電容來降低輸出噪聲。對于固定電壓版本，可在 NR 引腳連接外部噪聲降低電容；對于可調(diào)版本，可在輸出和 FB 引腳之間連接反饋電容。

電路板布局

為了提高交流性能，如 PSRR、輸出噪聲和瞬態(tài)響應(yīng)，建議在電路板設(shè)計中為 (V{IN}) 和 (V{OUT}) 使用單獨的接地平面，并僅在器件的 GND 引腳處連接。旁路電容的接地連接應(yīng)直接連接到器件的 GND 引腳。

內(nèi)部電流限制

內(nèi)部電流限制有助于在故障條件下保護穩(wěn)壓器，在輸出短路時，通過折返功能降低電流限制，保護穩(wěn)壓器免受損壞。

關(guān)斷功能

使能（EN）引腳為高電平有效，與標準 TTL - CMOS 電平兼容。當(dāng) (V{EN}) 低于 0.5 V 時，穩(wěn)壓器關(guān)閉，接地引腳電流降至約 10 nA。當(dāng)不需要關(guān)斷功能時，可將 EN 連接到 (V{IN})。

壓差電壓

TPS736xx采用NMOS傳輸晶體管實現(xiàn)極低的壓差，在負載電流發(fā)生大的階躍變化時，需要更大的 (V{IN}) 至 (V{OUT}) 電壓降以避免瞬態(tài)響應(yīng)變差。

熱保護

當(dāng)結(jié)溫升至約 160°C 時，熱保護功能會禁用輸出，使器件冷卻；當(dāng)結(jié)溫降至約 140°C 時，輸出電路再次啟用。為確?？煽窟\行，結(jié)溫應(yīng)限制在 125°C 以內(nèi)。

功耗

不同的封裝類型在散熱能力上有所不同，PCB 布局時需要考慮器件周圍的散熱空間。使用較厚的銅層和鍍通孔可以提高散熱效果。

總結(jié)

TPS736xx系列低壓差穩(wěn)壓器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和出色的性能表現(xiàn)，為電子工程師在電源管理設(shè)計中提供了一個可靠的選擇。在實際設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇封裝、輸出電壓和電容配置，并注意電路板布局、電流限制、關(guān)斷功能、壓差電壓、熱保護和功耗等方面的設(shè)計要點，以確保穩(wěn)壓器能夠穩(wěn)定、高效地工作。希望通過本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。你在使用TPS736xx系列穩(wěn)壓器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言分享。