這是我基于我們旗下的全球最大的元器件搜索引擎Findchips統(tǒng)計的過去一年的訪問數(shù)據(jù)總結(jié)的Top10的穩(wěn)壓電源器件,相信這些器件在未來的產(chǎn)品中依然會扮演重要的角色,特為工程師參考。
電子產(chǎn)品離不開電源,電源部分主要的功能就是將外界供給的低壓直流電(DC)通過電源管理器件(PMIC)得到各個器件所需要的電壓(DC),并滿足電流和紋波以及啟動順序等的要求,取決于器件的具體要求,需要多個可能是不同方式的DC-DC的電路。主要的穩(wěn)壓方式有兩種:
線性穩(wěn)壓- 由工作在線性狀態(tài)的三極管構(gòu)成可變電阻對負載進行恒流控制,得到穩(wěn)定的電壓輸出,這種方式結(jié)構(gòu)簡單、噪聲抑制度很高(達到60dB也就是1000倍以上),但一般效率比較低,要滿足輸入電壓高于輸出電壓一定的壓差才能夠穩(wěn)壓,只能做降壓變換。常規(guī)的線性穩(wěn)壓器的壓差高達2.5V,因此效率比較低,LDO線性穩(wěn)壓器可以做到較低的壓差,比如在負載高達1A的情況下壓差可以降低到350mA,當然其效率取決于具體使用的輸入和輸出電壓的情況。
開關(guān)穩(wěn)壓- 由工作在開關(guān)模式的三極管和儲能的電感以及平滑紋波的電容構(gòu)成,以PWM或PFM的方式得到穩(wěn)定的輸出電壓。開關(guān)方式的好處是能夠降壓、升壓、反壓,輸入電壓的范圍可以很寬,效率可以做到很高(有的能達到95%以上),缺點是外圍電路比較復雜,外圍元器件的選型比較敏感,另外高頻的開關(guān)信號會在電壓輸出上帶來較大的干擾、紋波。
雖然電源技術(shù)已經(jīng)日新月異,各種高效率、高集成度、高性能的器件不斷推出,但根據(jù)全球最大的元器件搜索引擎Findchips(中文版為www.bom2buy.com)2017年的搜索記錄統(tǒng)計,排在前10的穩(wěn)壓器件仍然是比較經(jīng)典的一些老器件,畢竟這些器件能夠滿足多數(shù)的應(yīng)用場景,并且具有很高的性價比。今天我們就來看看這些器件都是哪些?
為了一目了然這些器件的主要特性,我們將這些器件的關(guān)鍵信息放在表格中,比如:
型號- 由于是經(jīng)典器件,不同的原廠都做功能、管腳一致的器件,編號也一樣,只是前綴不同,型號后面的后綴主要標記封裝,在此不細致列出;
廠商- 生產(chǎn)這些器件的原廠,由于過去十年經(jīng)歷了很多的整合,有些器件的歸屬已經(jīng)發(fā)生了變化,同一個原廠可能有同一功能、同一編號的不同型號,比如TI曾經(jīng)收購了Burbrown和National Semi,再加上原來的TI曾經(jīng)有的產(chǎn)品線,可能同一個編號有2、3個不同的型號,但功能和管腳都是一致的;
模式- 也就是轉(zhuǎn)換的方式,比如線性穩(wěn)壓、LDO、開關(guān)穩(wěn)壓等等;
最低壓差- 對線性穩(wěn)壓和LDO來講指要滿足穩(wěn)壓的條件必須保證輸入端高出輸出端的電壓的差值,對于開關(guān)穩(wěn)壓器件這個指標不存在;
工作頻率- 指開關(guān)穩(wěn)壓器的內(nèi)部震蕩頻率,用于產(chǎn)生PWM或PFM信號,對于線性穩(wěn)壓或線性穩(wěn)壓/LDO來講不存在工作頻率這個概念;
輸入電壓- 器件能夠支持的輸入端的電壓的范圍;
輸出電壓- 也就是能夠穩(wěn)壓輸出的電壓,有的器件是固定輸出電壓,這樣的電路簡單;有的器件可以通過輸出端接的反饋電阻控制輸出電壓的大小,也就是輸出電壓可調(diào),在表格中列出了可以調(diào)節(jié)的輸出電壓的范圍;
負載電流- 指該器件在輸出電壓穩(wěn)壓的情況下,能夠提供給負載的最大電流;
封裝- 同一型號的器件有不同的封裝,線性穩(wěn)壓器件的封裝的不同也影響了器件的輸出電流的不同,畢竟該封裝要將損耗的能量以“熱”的方式散發(fā)出去,否則會影響器件的性能乃至壽命;
應(yīng)用領(lǐng)域- 不同的器件應(yīng)用的場景是不同的,在此初略地列出來每種器件的相對比較適用的應(yīng)用場景;
價格- 這只是一個初略的對比,是基于現(xiàn)貨供應(yīng)商網(wǎng)站(在此采用貿(mào)澤www.mouser.cn官網(wǎng)上的信息)提供的1000顆的價格。這個價格僅做相對的參考,采購量大的時候價格變化可能會非常大。
78xx- 最經(jīng)典的線性穩(wěn)壓器件,結(jié)構(gòu)非常簡單,只需在輸入端和輸出端各搭配一個電容就可以工作,也被稱為三端穩(wěn)壓器。相信很多工程師在高校學習模擬電路課程的時候就開始了解這個器件了。很多原廠都做這個器件,功能和管腳都兼容,你可以看到MC78xx、LM78xx等等。xx表示了穩(wěn)壓輸出的電壓值,比如LM7805即為穩(wěn)壓輸出為5V的穩(wěn)壓器,MC7824為穩(wěn)壓輸出為24V的穩(wěn)壓器。78xx系列的器件輸出電流也有不同,比如LM7805的輸出電流為最大1A,LM78M05的輸出電流最大為500mA,而LM78L05的輸出電流最大為100mA,它們的封裝也不同,只有100mA的78L05的封裝可以小得像三極管一樣。78xx系列的器件要求輸入電壓和輸出電壓之間的壓差為2.5V以上。其轉(zhuǎn)換效率為Vout/Vin,比如輸入12V的電壓,得到5v的穩(wěn)壓輸出,其效率為5/12 = 41.6%,如果負載電流達到1A的情況下,7805器件上的熱損耗高達(12-5)*1 = 7W,這就是為什么很多78xx系列的器件上必須加上散熱片的緣故;
79xx- 可以看成是78xx的夫妻檔,經(jīng)常配對使用。78xx得到的是對地正電壓,79xx得到的是對地負電壓,除此之外跟78xx一樣;
LM317/LM117- 上面的78xx和79xx的器件輸出電壓是固定的,不可調(diào)整,LM317則是輸出電壓可以調(diào)節(jié)的線性穩(wěn)壓器,也有不同的封裝支持不同的電流輸出,最大輸出電路可以高達1.5A;也要求2.5v以上的壓差才能正常穩(wěn)壓工作,也具備78xx一樣的優(yōu)點和缺點;
1117系列- 非常經(jīng)典的LDO線性穩(wěn)壓器,相比于78xx和LM317系列的器件,它要求的輸入電壓和輸出電壓的差值為1.2V,因此可以廣泛用在電池供電的便攜式系統(tǒng)里面,比如通過4節(jié)1.25V的電池(滿電量的時候達到5V),電量不足到4.5V電壓的時候依然能夠通過1117-3.3得到3.3V的穩(wěn)壓輸出供板子上的3.3V電路工作。很多廠商都有1117的版本,比如TLV1117、LT1117、AMS1117、LM1117等,其輸出電壓也有多種固定值的版本以及輸出可調(diào)的版本。可以說是78xx和LM317的最佳替代,當然1117的輸出電流只有最高800mA,很多小封裝的版本也不適合在大電流的情況下很大的壓差工作;
LP5907- 上面講的1117壓差還要1.2V,依然很高,來自TI的LP5907的壓差則可以做到典型值120mV,甚至負載電流更小的時候能夠在50mV的壓差下得到穩(wěn)壓輸出。就這個電路本身而言,可以獲得比較高的效率,比如從開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的3.3V電壓上得到3.0V的低紋波電壓,能夠完美滿足3V供電的射頻電路或模擬電路的需求,而效率可以高達90%;它的最大輸出電流為250mA,能夠滿足很多便攜式產(chǎn)品模擬或射頻部分的供電需求;
TPS51200- 也是來自于TI的LDO,專用于各種DDR存儲器的供電系統(tǒng)中,由于幾乎所有的高速運行的嵌入式系統(tǒng)都會用到DDR存儲器,因此該器件被廣泛采用也就不稀奇了。通過外部的分壓電阻實現(xiàn)不同輸出電壓的控制給該器件的使用帶來了高度的靈活性,它的輸出電流高達3A,因此滿足高速存儲器對電流的要求。
以上是基于線性穩(wěn)壓變換的幾個經(jīng)典器件,不同的壓差,不同的電流,滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用,用戶根據(jù)需求進行合理的選擇。線性穩(wěn)壓的主要優(yōu)點是低噪聲,因此廣泛被用于模擬電路、射頻電路的供電中,其缺點則是只能做降壓使用,如果產(chǎn)生比輸入電壓高的輸出活著反壓,線性穩(wěn)壓器就無能為力了。這就是開關(guān)穩(wěn)壓器的天下了,我們再來看4款經(jīng)典的開關(guān)穩(wěn)壓芯片:
MC34063A- 這是一款我親自見證的開關(guān)穩(wěn)壓的經(jīng)典了,1997年我在做機頂盒項目的時候就用這個器件(當時還屬于Motorola)做升壓電路,給電視調(diào)諧器供電。當年的選擇很少,因此這個器件是比較合適的了,印象中這個器件的效率比較低(現(xiàn)在看來開關(guān)頻率只有100KHz),對外圍器件的要求還是蠻高的(由于開關(guān)頻率較低,要得到較大的電流輸出,所需要的電感的個頭就要比較大),我們的工程師調(diào)試起來還是費了不少勁的。從指標上看這個器件的靈活度很高,可以降壓、升壓、反壓,并且非常非常的便宜,不少做模擬器件的廠商都有以這個型號命名的版本,也可見其經(jīng)典;
LM2576- 看起來很簡單,外圍電路看起來像線性穩(wěn)壓器,但用開關(guān)變換的方式,因此可以在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)獲得較高的效率,可以用在不太care電源紋波(比如數(shù)字器件的供電)的場合替代掉78xx、317以及1117等,大名鼎鼎的TI(收購過BB和NS)和Motorola血統(tǒng)的On Semi都有這個番號的版本,可見其受歡迎程度也是很高的;
LMZ21701- 這也是TI的一款號稱可以替代LDO的開關(guān)器件,工作頻率高達2.5MHz,因此此部分的電路可以做的非常的小,在能夠供電1A的情況下可以輸出常用的1.2V、1.8V、2.5V、3.3V以及5V,并且有可調(diào)輸出的版本,是不是看起來跟1117很像?當然它比1117效率高,但價格也貴;
LTM4644- 一眼看上去就是“貴”價格高出其它器件一個數(shù)量級,為什么還那么Popular?主要是因為集成度比較高吧,能夠提供4路輸出并且擁有嬌小的身姿,可以說是現(xiàn)在高速的處理器、FPGA最佳的供電選擇,不要被1000顆200多元的價格嚇到,如果你是個大客戶,真的在做量比較大的產(chǎn)品,這個價格的彈性會非常大,關(guān)鍵的是其相當高的集成度以及內(nèi)部的時序控制、保護電路等都是你用很多器件堆不出來的。
以上對這些器件做了個簡單的介紹,希望對大家的選型有所幫助,具體的使用還是要看自己的產(chǎn)品需求,根據(jù)多個維度進行綜合考慮,選擇滿足功能、性能的前提下實現(xiàn)最高的性價比。
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線性穩(wěn)壓器
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開關(guān)穩(wěn)壓
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原文標題:最受全球設(shè)計工程師歡迎的10款經(jīng)典穩(wěn)壓電源器件
文章出處:【微信號:xiaojiaoyafpga,微信公眾號:電子森林】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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