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LDO 為忙亂的世界帶來穩定

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作者:WenLong Zhu - SLL 事業部

這個世界有時或許看似非常忙亂,但穩定性對於敏感的電子裝置而言極為重要。想像一隻鴨子正在穿越池塘,牠在水面以上的部分看似平靜,但水面下的腳則有節奏地使勁划水。鴨子越用力地划水,就越快耗盡力氣而需要停下來。電子電路也是如此,當穩壓器為了維持穩定的電壓而更努力地運作時,將耗用更多電力。因此,關鍵在於使用能全程充分利用可用電力的穩壓器。

有越來越多的裝置利用電池電力運作,物聯網中就有許多這類裝置。雖然這看似將減少對於穩壓器的需求,但實際上並非如此,因為電池是不穩定的裝置。電池通常宣稱供應 1.5V,但實際上會供應 1.8V 一段時間,然後快速降低至大約 1.4V。對於偵測微電壓區域變化的智慧感測器而言,這些供電中的變化很容易形成誤警報,更嚴重可能導致誤觸發。

AP7381 series

低壓差穩壓器 (LDO) 在上述及其他許多應用中提供必要的穩定性。「壓差」一詞意指裝置可承受的輸入與輸出電壓之間的極小差異,超過時將會停止運作。由於上述性質,LDO 必須在內部經過壓降,這表示電源必須高於穩壓後的輸出;LDO 需要擺動的空間以維持輸出,這相當於在攝影機上使用穩定功能,其運作方式是藉由框取場景,並以相反於攝影機移動方向的方式在整體視野中移動視框。在後製編輯工具中也有相同的功能,但代價是視野會變小。如果攝影機大幅晃動,穩定後的畫面將比拍攝到的場景小,但如果攝影機操作者的手很穩定,穩定後的畫面就能接近拍攝到的場景。

同樣的,電壓差越小,穩壓器的運作範圍就越大,代表可使用更多的電池充電,為使用者提供更持久的體驗。這也是 LDO 技術新的應用方式。

以等效電路而言,可將 LDO 視為電阻器網路,因為 LDO 通常使用內部 MOSFET 與負載,將供應電壓分為兩個部分:穩壓後的輸出以及剩餘的其他部分。如所有電子工程師所知,使用電阻器網路做為分壓器時,即使傳送極低度的電流也很浪費電力,因此線性穩壓器以缺乏效率而為人所知。顯然,這不利於必須充分利用所有可用電力的任何應用,因此傳統 LDO 很少用於超低功耗應用。另一方面,為此類應用而設計的低壓差穩壓器,其架構可降低內部損耗,代表其具有發揮極大效率的特性。所以此類低壓差穩壓器適用於許多應用,包括電池供電裝置或必須持續運作的裝置,例如家庭自動化裝置、空調或智慧電錶。

以 AP7381 系列超低靜態電流、低壓差穩壓器 IC 為例,其整合電壓參考與誤差放大器,並實作輸出電壓與電流限制。此系列還包括具有超低靜態電流的版本,零負載時僅 2.5μA,因此非常適用於各種 USB 與可攜式裝置。

AP7381 系列提供 2.8、3.3、5.0 及 7.0V 的固定輸出電壓,並可在高達 40V 的輸入電壓下運作。以 50mA 負載電流而言,電壓差僅 500mV,但即使是 5.0V 穩壓輸出電壓、輸出電流 150mA 時,電壓差通常也只有 1200mV。

要為混亂的世界帶來穩定與寧靜可能會令人筋疲力盡,但我們可以找到不浪費的優異解決方案。就像鴨子那樣!