从经典到最新一代,安森美低压差稳压器与电源稳压器的技术解析
从家用电动工具到日常驾驶的汽车,每一套电子系统的稳定运行,都离不开一个"隐形功臣"——可靠的电压稳压技术。一旦缺少这项技术,处理器会发生宕机,传感器会出现读数偏差,电池电量也会加速耗尽。
安森美 (onsemi) 倾注数十年心血,持续打磨这一技术根基。从曾为收音机、电视机供电的传统稳压器,到如今为电动工具、医疗设备及自动驾驶汽车提供稳定运行保障的精密低压差稳压器 (LDO),技术迭代从未停歇。本文将深入探讨传统稳压器的持久应用价值,以及安森美新一代 LDO 的先进性能优势。
传统电压稳压器:历久弥新,稳定如一
在人工智能 (AI) 时代来临之前,线性稳压器与开关稳压器凭借诸多优势,默默支撑着消费级电子产品与工业系统的稳定运行。
• 结构简单
• 性能可靠
• 性价比高
尽管更先进的解决方案层出不穷,但在需要最大限度缩减空间、控制成本并降低复杂度的设计场景中,传统稳压器仍具有实用价值。不过,随着性能需求的不断提升,且精度成为核心要求,新一代稳压器开始崭露头角。
LDO 的崛起:精准与性能兼备
“低压差”这一特性,指的是稳压器实现正常稳压所需的输入输出电压差非常小。这一点在电池供电和对能耗敏感的应用场景中至关重要,毕竟在这类场景下,每一毫伏都不容忽视。
• 可穿戴设备和智能设备:通过在更接近电池放电电压的区间工作,延长电池续航时间。
• 医疗电子设备:为高灵敏度传感器和模拟前端电路提供纯净、稳定的供电。
• 汽车电子系统:在强干扰环境中以极低的电路损耗实现电压稳压。
LDO 已成为现代电子设备中不可或缺的器件,尤其是在对噪声敏感的模拟和射频电路中。安森美的 LDO 产品组合凭借宽输入电压 (VIN) 范围、高电源抑制比 (PSRR) 和快速瞬态响应这三大定义下一代电源稳压技术的关键特性,在市场中脱颖而出。
宽 VIN 范围:安森美 LDO 支持宽泛的输入电压区间,使设计人员能够将其应用于供电电压多变的系统中。其输入电压范围覆盖 3V 至 65V,这种灵活性不仅简化了电源架构设计,还减少了对多种类型稳压器的需求。
高 PSPR:在音频、射频以及精密模拟电路等应用中,电源噪声会严重影响性能表现,因此高 PSRR 至关重要。安森美 LDO 可有效抑制前级电源引入的纹波与噪声,确保输出电压纯净稳定。其中,NCP160的 PSRR 高达 98 dB;面向汽车电子应用的 NCV8160,PSRR 同样达到 98 dB。
快速瞬态响应:当由 LDO 供电的器件切换工作模式时,例如从休眠模式切换至工作模式时,电流需求会急剧攀升,进而导致输出电压出现瞬时波动。在这种电压瞬变期间,LDO 的快速响应能力,是应对这类动态变化的关键所在。
瞬态响应的重要性
当负载电流突然增大时,LDO 必须迅速调整输出电压,以维持电压稳定。瞬态响应性能不佳会导致电压下冲,进而可能引发处理器故障或复位、数据损坏、性能降级或可靠性下降等问题。
NCP5662对负载变化响应极快,在输出电流高达 2A 的工况下,恢复时间仅为 1-3µs,能最大程度减小电压跌落与过冲现象。这一特性不仅可保障高灵敏度数字元器件的稳定运行,还能减少对大容量输出电容的需求,节省电路板空间与成本;同时,稳压器无需过度补偿或浪费功耗,最终实现电池效率的提升。
专为汽车电子打造:严苛环境下的可靠表现
汽车电子系统需长期耐受高温、振动及电压尖峰冲击,可靠性是其不可或缺的硬性指标。安森美车规级 LDO 凭借 AEC Q100 认证及完备的保护功能,从容应对各类严苛挑战。
• 宽温度范围:支持 0 级至 3 级工作等级,最高工作温度达 +150°C,是兼顾发动机舱与座舱两类环境的理想之选。
• 内置多重保护:内置反向电池保护、短路保护及热关断功能,减少对外部元器件的使用,在节省电路板空间与成本的同时,大幅提升系统抗干扰能力。
• 智能安全特性:可编程复位延时与预警输出功能,保障电子控制单元 (ECU) 及安全攸关模块的安全启动与故障精准检测。
• 宽输入电压范围:可直接接入最高 90V 电池电压,无需额外电路即可应对瞬态电压波动。
• 紧凑型封装:提供 DFN、DPAK、SOIC 及 TSOP 多种封装形式,在空间受限的 PCB 电路板上实现高效散热。
从仪表盘、车载摄像系统到车身控制单元,安森美 LDO 均可为现代汽车电子设备提供纯净稳定、值得信赖的电源解决方案。
跟踪型LDO:精准同步
跟踪型LDO 是一类专用稳压器件,可跟随另一供电轨的电压变化,维持固定的电压偏移量或电压比例。跟踪型 LDO 的跟踪精度,是指其输出电压与参考电压或另一供电轨电压的贴合程度。这一特性在多电压域系统中尤为关键,因为多电压域系统需让各电压域保持精准的电压关系,才能保障系统正常运行,同时避免元器件受损。NCV8184是一款低功耗跟踪型低压差线性稳压器,输出电流可达 70mA,其可调式缓冲输出电压能精准跟随参考输入电压,跟踪误差仅为 ±3mV。
典型应用场景包括:
• 汽车传感器应用——适用于外置传感器、长距离线缆传输及电压同步稳压场景
• FPGA 与 ASIC 电源定序
• DDR 内存系统
• 多供电轨模拟前端
跟踪型 LDO 的优势
简化定序:通过 VREF/ENABLE 引脚,确保电源按正确顺序启动与关断。降低器件应力:最大限度减小各供电轨间的电压差,实现对元器件的有效保护。提升系统稳定性:在各电源域间维持稳定的电压对应关系。安森美跟踪型 LDO 兼具高精度与高灵活性,非常适合对电源协同控制要求严苛的复杂系统。
图 1:带跟踪功能与不带跟踪功能的 LDO 对比
跟踪型 LDO 的汽车应用场景:
为整车外置传感器提供精准稳定的供电。传感器的测量精度取决于稳压器的跟踪精度。
针对跟踪型LDO 与传感器之间的线缆故障,提供可靠防护。线缆容易出现接地故障及电池短路故障。
Treo LDO:新一代高性能线性稳压器
安森美 Treo LDO 系列(如 T30LMPSR131和 T30LAPSR165)是面向严苛汽车及工业应用场景的新一代高性能线性稳压器件。该系列产品基于安森美先进的 65nm 双极型 CMOS-DMOS (BCD) 工艺打造,在紧凑封装形态下,兼具超快速瞬态响应、低压差电压及优异散热性能。以 T30LAPSR165 为例,其输出电流可达 300mA,压差仅为 26mV,瞬态响应时间更是低至 1µs,是高采样率系统或动态负载工况的理想选择。
图2:稳定时间与竞争产品
Treo LDO 系列针对高噪声敏感环境做了专项优化,具备高电源抑制比与极低输出噪声的特性,这对于为模拟传感器、先进驾驶辅助系统 (ADAS) 模块及精密控制系统供电至关重要。其静态电流低、输入电压范围宽(Treo 平台全系最高支持 90V),可同时适配汽车电子的常通子系统与高压子系统。
此外,Treo 平台采用模块化架构,可实现电源管理、传感与通信功能的无缝集成,既能降低系统复杂度,又能加快产品上市进程。凭借内置热关断、过电流保护及反极性耐受等多重保护机制,Treo LDO 不仅能提升系统可靠性,还可减少对外部元器件的需求。
依托安森美稳压器及 LDO 稳压器,赋能未来科技
从传统稳压器到 Treo LDO 稳压器,安森美丰富的产品组合助力工程师打造更智能、更可靠、更高能效的系统。无论是研发消费电子产品、工业自动化设备,还是打造新一代汽车,我们的稳压器均可保障以下特性:
• 性能表现值得信赖
• 保护机制可靠无忧
• 灵活适配未来挑战