并联ADP1763 LDO稳压器以支持高输出电流应用-电路图讲解-电子技术方案
许多高性能混合信号产品,如高速模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)、捷变射频(RF)收发器、时钟、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)等,需要超低噪声、低压差(LDO)线性稳压器来提供干净电源,从而最大程度地提高信号链性能。对更多集成功能和更低功耗的高要求,使得这些大规模混合信号集成电路(IC)的设计工艺尺寸越来越小(例如28 nm或更小),以便容纳更多晶体管。这种趋势同样影响了电源要求。近年来,内核电源电压持续降低,但为了支持更多模拟或数字功能,负载电流显著提高(例如3 A以上)。
在特定应用中,要找到能同时满足超低噪声和高负载电流这两个设计目标的合适LDO稳压器是相当困难的,因为市场上的LDO稳压器产品非常有限,即使有合适的器件,用户也可能要支付额外的费用。因此,针对高电流应用,有时候将LDO稳压器并联起来会很有利。在高负载应用中,相比于单个LDO稳压器,并联LDO稳压器具有许多优势,包括热量和功率损耗会分配在多个LDO稳压器封装上。另外,并联LDO稳压器还能改善压差,提高电源抑制比(PSRR)性能,因为与单个LDO稳压器相比,各LDO稳压器的工作电流更低。图1所示为一个高性能混合信号产品的电源图。两个ADP1763器件并联以提供内核电压,如图1所示。
图1.混合信号产品电源图
本应用笔记介绍两种并联方法:无源和有源。对于无源并联,两个可调ADP1763器件通过镇流电阻并联在一起。对于有源并联,一个低失调轨到轨放大器ADA4051-1调节ADP1763器件的输出电压,通过检测两个ADP1763器件的电流差来实现均流。实验测试结果显示了两种方法的优点和缺点。
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修订历史
2016年10月—修订版0:初始版
均流方法
一般而言,用户简单地将两个LDO稳压器并联是不能实现均流的,由于容差,两个LDO稳压器的输出电压可能不匹配;比如LDO基准电压不同、反馈电阻不一致、印刷电路板(PCB)寄生特性不一致等。LDO稳压器的输出电压不匹配可能引起负载电流严重不平衡。在最不利情况下,它可能导致一个LDO承受大部分负载,从而触发限流保护。
ADP1763是一款LDO线性稳压器,采用单输入电源工作,输入电压低至1.1 V,无需外部偏置电源,提供高达3 A的输出电流。ADP1763的输出噪声非常低,在100 Hz至100 kHz范围内仅有2 μV rms。ADP1763的超低输出噪声特性是通过如下方法实现的:LDO误差放大器保持单位增益,并设置基准电压等于输出电压。单位增益架构的优势是LDO输出噪声与输出电压设置无关。更多信息参见图2。
图2.ADP1763内部框图
无源并联
一种实用的均流方法是在各稳压器的输出端增加相同的镇流电阻(RB1和RB2),以改善多个LDO稳压器之间的均流性能。为了实现更好的均流性能,最好使用高阻值镇流电阻。然而,高电阻会降低负载调整性能,使得压差变大。设计时必须权衡考虑以选择合适的镇流电阻,扬长避短。图3显示两个ADP1763器件并联。为使输出误差最小,应将各自的REFCAP和VADJ引脚连起来,以在不同器件上实现精密匹配的基准电压。将各自的SS和EN引脚连起来,以在不同器件之间实现同步软启动行为。如果应用需要电源良好指示功能,还应将其PG引脚连起来。
当两个ADP1763器件的REFCAP引脚相连时,主要输出电压误差来源于误差放大器失调电压,误差放大器连接到各ADP1763输出。此误差放大器的失调电压非常低,在−40°C至+125°C温度范围内其最大值为±1.32 mV。REFCAP引脚和VOUT引脚之间仅有±1.32 mV误差,此失调电压允许使用小镇流电阻来实现合理的均流精度。此外,小镇流电阻还有低负载调整率和低功率损耗的优势。
为了计算最差情况,假设VO1具有最差正失调电压,VO2具有最差负失调电压。
VO1 = VREFCAP + VOFFSET
VO2 = VREFCAP − VOFFSET
总输出电流(IO) = 5 A,IO = IO1 + IO2。
图3.两个ADP1763器件无源并联
镇流电阻容差(RS-TOL)为±1%。为了计算最差情况,假设VO1电压轨上的镇流电阻具有正容差,VO2电压轨上的镇流电阻具有负容差。
VO1 − IO1 × RB × (1 – RS-TOL) = VO2 − IO2 × RB × (1 + RS-TOL)
当RS-TOL = 1%时,
其中,CSACCURACY为均流精度。
图4显示了5 A负载时均流精度和压降与镇流电阻阻值的关系。均流精度随着镇流电阻阻值提高而提高。然而,代价是压降变大。为了实现大约10%的均流精度和最小压降,选择RB = 5 m?。
图4.均流(CS)精度和压降与镇流电阻的关系
基于图4中的计算,5 A负载时最差情况下的均流精度为±11.6%。最大负载电流为2.789 A,小于额定电流3 A。图5显示了采用无源均流方法时两个通道之间的负载调整率。
图5.无源并联负载调整率
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相信大家使用智能手机时都会遇到手机电池没电的尴尬情景:有可能是外出旅行中,有可能是逛街途中,也有可能是下班路上手机电量快耗尽。手机电池的能量密度这几年虽然稳步增长但依然无法跟上电子产品更新换代的步伐,多数智能手机都逃不掉一天一充的命运,那么为了延长电池使用时间都有哪些小技巧呢?
●调低屏幕亮度
屏幕作为手机耗电的大户,对续航的影响尤其明显,现在的智能手机大多都有光线感应器,笔者建议大家都开启自动屏幕亮度,这样在到了光线较亮时不会看不清屏幕,光线较暗时屏幕不会太刺眼;而如果想要更加省电,或者手机快没电了自己还在外面无法充电,这时可以关闭手机的自动亮度调节功能,直接把屏幕亮度调到自己能够看清屏幕的最低亮度,这样会延长手机的使用时间。
调低屏幕亮度适用于用户迫切需要提升续航时间的情境下的,因为屏幕亮度调低还是会影响用户使用手机体验的,尤其是在室外太阳光下,关闭自动亮度之后把屏幕亮度人为调低有可能漆黑一片,根本看不到屏幕上的内容。
●降低屏幕分辨率
我们都知道手机的分辨率越高手机耗电越快,一方面是由于屏幕自身像素点更多要显示的更加精细,另一方面则是由于分辨率高了手机CPU/GPU的开销也大了,处理器需要处理更多的屏幕显示,所以综合以上两点才使得高分辨率的屏幕续航时间不如低分辨率。而降低屏幕分辨率则可以延长续航时间,当然这里降低的是虚拟分辨率,是软件层面的,物理分辨率依然是不变的。当然此项省电技巧只针对部分高分辨率的安卓手机,对于iOS平台不适用。
华为/荣耀手机搭载的EMUI以及三星手机基于安卓7.0的系统都已经支持调节分辨率,在设置中的“显示”或者“电量”里面就可以调节屏幕分辨率,可以将原来的2K分辨率调为1080P或者720P,也可以将原来的1080P屏幕的分辨率调为720P,虽然只是软件层面的修改,但笔者实测省电效果非常明显,调低分辨率之后续航能力提升一大截。
●开启省电模式
想要延长续航时间效果最显著的可能就是开启省电模式,开启省电模式时系统自动将CPU降频,并且屏幕亮度也有少许降低,另外对于某些2K分辨率的手机来说省电模式还会降低屏幕分辨率。开启省电模式时系统也会自动限制后台的应用联网,并且会停止云服务数据同步等功能。
在开启省电模式之后手机还会减少显示特效的渲染,比如应用切换过渡动画等,另外开启省电模式之后手机也会减少不必要的震动,比如QQ或者微信消息提醒,会只有声音提醒而不会震动。目前绝大多数的国产安卓手机支持省电模式,iOS平台也有省电模式,只需一键开启即可省电。
●关闭应用自启动
对安卓手机用户来说,由于Android平台的开放性,操作系统对应用的管控没有那么严格,因此有许多流氓软件经常在后台自启动并且有的还会唤起自家的另一款或多款APP,导致手机徒劳耗电。而要阻止这些软件的启动就要在安装APP时弹出的权限管理中关闭软件自启动,禁止后台自动运行。
国内的安卓手机多数搭载基于安卓的自家UI,因此一般都有安全中心APP等可以管理软件权限,或者在:设置-软件里面也有管理自启动的选项。另外如果打开应用并且使用完毕之后要养成经常清理后台的好习惯,现在手机的配置不断提高,手机运存也越来越大,后台的应用如果不清理多数都会常驻内存。
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