第3期|仅凭VIN、VOUT、IOUT还不够?电源IC选型中应关注的基本规格
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上期我们介绍了电源IC通过恒压控制机制来保持输出电压稳定的原理。
作为第3期的本期内容,将讲解在选型电源IC时首先需要确认的“基本规格解读方法”。
第3期|电源IC选型时应关注的基本规格
■ 电源IC选型始于“电压”与“电流”
选择电源IC时,首先需要确认的项目主要有以下三点。
VIN:输入电压VOUT:输出电压IOUT:输出电流
这三项是电源IC选型的最基本要素。
例如,当输入电压为5V,且需要向负载电路提供3.3V电压时,必须选择支持5V输入并能输出3.3V的电源IC。此外,如果负载电路最大需要300mA电流,则应选择能够稳定提供该电流的电源IC。
不过,在实际设计中,不能仅看 VIN、VOUT和 I(OUT) 这三个参数。
■ VIN :确认输入电压范围
对于VIN,不仅要确认输入电源的“标准值”,还要确认其电压能升至多高、降至多低,这一点非常重要。
例如,在电池设备中,电池电压会随着使用时间的推移而降低。对于两节干电池或锂一次性电池,设备使用过程中输入电压会在较宽的范围内波动。此外,在工业设备的24V供电线路中,实际电压通常并不会始终保持在 24V,还需要考虑电源波动及浪涌等情况。
如果未能正确估算输入电压范围,电源IC可能会超出工作范围,从而导致输出电压下降或出现异常工作。
■ VOUT :输出电压需关注精度
在VOUT方面,不仅要确认所需的输出电压,还需确认输出电压的精度。例如,即使标称输出为3.3V,实际输出电压仍存在波动。数据手册中通常会标注输出电压精度为±1.0%、±1.5%、±2.0%等。此外,输出电压还会因输入电压变化、负载电流变化以及温度变化而波动。因此,必须确认电源IC的输出电压偏差,是否完全在负载器件可容忍的电源电压范围内。
■ IOUT :不仅要查看最大电流,还要查看各工作模式下的电流变化
对于IOUT,需确认其能否满足负载电路的最大电流需求。但更重要的是,不仅要关注最大值,还要观察实际使用状态下电流的变化情况。例如,在低功耗设备中,虽然通常情况下电流仅为数μA至数mA,但在通信或运算时可能会流过数十mA至数百mA的电流。在RF通信模块中,发送时可能会流过较大的峰值电流。在MCU或SoC中,睡眠状态与工作状态下的功耗电流会有很大差异。
通过掌握各工作模式下的电流情况,不仅能评估电源IC的输出电流能力,还能更准确地估算效率和电池寿命。
■ 效率:直接关系到发热与电池寿命
效率是衡量输入电能中有多少能有效转化为输出电能的指标。若效率较低,未被利用的电能将转化为损耗并产生热量。因此,效率与发热及设备温度升高密切相关。此外,在电池设备中,效率直接影响电池寿命。特别需要注意的是,效率会因条件不同而发生显著变化。重负载时的效率会影响发热情况,而轻负载时的效率则会影响电池续航时间。因此,查看数据表中的效率曲线时,务必在接近实际使用电流范围的条件下进行确认。
■ Iq:决定轻负载条件下效率的静态电流
Iq是指电源IC自身所消耗的电流。通常表示在无负载或轻负载时,从VIN流向GND的电流。在电池设备中,这个Iq至关重要。例如,对于长期处于负载电流仅为数μA至数十μA的设备,电源IC自身的静态电流会对电池寿命产生重大影响。一些低功耗型电源IC中,也有Iq低于1μA的产品。
另一方面,在高速响应型或高PSRR型电源IC中,为了获得所需性能,其 Iq 往往会相对较高。也就是说,Iq 不仅要尽可能小,还需要根据应用需求,权衡是优先考虑低功耗,还是优先考虑响应性和噪声性能。
■ 工作温度范围:不仅要考虑环境温度,还要考虑IC内部温度
电源IC的工作温度范围也是必须确认的项目。在数据手册中,会标明Topr和Ta作为环境温度范围。另一方面,IC内部的芯片温度则被视为结温Tj。这里需要注意的是,即使环境温度在工作范围内,受电源IC的损耗及电路板的散热条件影响,IC内部温度仍可能升高。特别是当LDO的输入电压与输出电压差较大,或输出电流较大时,损耗会增加,发热量也会随之增大。因此,不仅要确认环境温度,在设计时还必须综合考虑功耗、散热及电路板条件。
■ 设计时需确认的要点
在选型电源IC时,若从以下角度进行梳理,将有助于更轻松地进行评估。
・输入电压的最小值、标准值和最大值是多少?
・负载所需的输出电压及其允许范围是多少?
・最大输出电流是多少?
・待机状态、正常工作状态及峰值工作状态下的电流是多少?
・重负载时的发热是否会造成问题?
・轻负载时的效率和静态电流(Iq)是否会影响电池寿命?
・使用环境温度和电路板的散热条件是否充足?
通过事先梳理这些问题,就能明确是应该使用LDO还是DC/DC转换器,以及应该选择低功耗型、高速响应型还是低噪声型。
总结
在电源IC选型中,首先确认VIN、VOUT、IOUT是基本原则。但在实际设计中,仅凭这些还远远不够。若能综合考虑效率、Iq、工作温度范围、负载电流变化、发热以及电池寿命等因素,将更容易选出适合系统的电源IC。
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