德州儀器TPS736xx系列LDO穩壓器：特性與設計要點

在電子設計領域，低dropout（LDO）線性穩壓器是電源管理中的重要組成部分。德州儀器（TI）的TPS736xx系列LDO穩壓器，以其獨特的特性和出色的性能，在眾多應用場景中得到了廣泛的應用。今天我們就來詳細了解一下這個系列的產品。

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1. 產品概述與特性

1.1 產品家族與拓撲結構

TPS736xx系列包括TPS73601 - EP、TPS73615 - EP、TPS73618 - EP等多種型號。它采用了全新的拓撲結構，即電壓跟隨器配置中的NMOS傳輸元件。這種拓撲結構使得該系列穩壓器在使用低ESR輸出電容時能夠保持穩定，甚至在沒有輸出電容的情況下也能正常工作，具有高反向阻斷（低反向電流）的特性，并且接地引腳電流在所有輸出電流值下幾乎保持恒定。

1.2 關鍵特性總結

• 輸出電壓可調范圍廣：輸出電壓可在1.2 V至5.5 V之間進行調節，還可提供定制輸出電壓。
• 溫度性能優越：具備 - 55°C至125°C的擴展溫度性能，適用于各種惡劣環境。
• 低dropout電壓：典型值僅為75 mV，能夠有效降低功耗。
• 低噪聲：典型輸出噪聲為$30 mu V_{RMS}$（10 Hz至100 kHz），非常適合對噪聲敏感的電路，如VCOs。
• 高精度：初始精度為0.5%，在全電壓、負載和溫度范圍內的整體精度為1%。
• 低靜態電流：關機模式下的最大電流小于1 μA，非常適合便攜式應用。
• 多種保護功能：具備熱關斷和指定的最小/最大電流限制保護，確保了產品的可靠性和穩定性。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

了解產品的絕對最大額定值對于正確使用和設計電路至關重要。TPS736xx系列的輸入電壓范圍為 - 0.3至6 V，輸出電壓范圍為 - 0.3至5.5 V，峰值輸出電流內部受限，輸出短路持續時間為無限。此外，其結溫范圍為 - 55至150°C，存儲溫度范圍為 - 65至150°C，ESD等級方面，人體模型（HBM）為2 kV，帶電設備模型（CDM）為500 V。在實際設計中，必須嚴格遵守這些額定值，以避免對器件造成永久性損壞。

2.2 功耗評級

不同的封裝在不同的電路板設計下具有不同的功耗評級。例如，在低K和高K電路板設計中，DBV、DCQ和DRB等封裝的熱阻（$R{θJC}$和$R{θJA}$）、降額因子、功率評級等參數都有所不同。這些參數對于熱設計至關重要，在設計PCB布局時，需要根據具體的應用場景和散熱要求選擇合適的封裝和電路板設計。

2.3 電氣特性

在電氣特性方面，TPS736xx系列表現出色。輸入電壓范圍為1.7至5.5 V，內部參考電壓（TPS73601）在25°C時為1.2 V，輸出電壓范圍可根據型號進行調整。其線路調節率和負載調節率都非常低，能夠在輸入電壓和負載變化時保持穩定的輸出電壓。此外，其dropout電壓低，輸出阻抗在dropout狀態下也較小，能夠提供良好的負載瞬態響應。

3. 應用設計要點

3.1 電容器要求

• 輸入電容：雖然輸入電容對于穩定性不是必需的，但在實際設計中，建議在穩壓器附近的輸入電源兩端連接一個0.1 - μF至1 - μF的低ESR電容。這樣可以抵消反應性輸入源，改善瞬態響應、噪聲抑制和紋波抑制。如果預計會有大的、快速上升時間的負載瞬變，或者器件距離電源有幾英寸遠，則可能需要更高值的電容。
• 輸出電容：TPS736xx系列在設計上不需要輸出電容來保持穩定，并且在沒有電容的情況下具有最大的相位裕度。不過，在某些特定情況下，如$V{IN}-V{OUT}<0.5$ V且多個低ESR電容并聯時，如果$C_{OUT}$和總ESR的乘積低于50 Ω，可能會出現振鈴現象。在大多數應用中，電容ESR和走線電阻的總和通常能夠滿足要求。

3.2 輸出噪聲

TPS736xx系列的輸出噪聲主要由內部帶隙參考產生。在沒有外部降噪電容$C{NR}$的情況下，輸出噪聲電壓$V{N}=32 mu V{RMS}×frac{(R{1}+R{2})}{R{2}}=32 mu V{RMS}×frac{V{OUT}}{V{REF}}$。當連接外部降噪電容時，例如$C{NR}=10$ nF，在10 - Hz至100 - kHz帶寬內的總噪聲可降低約3.2倍。對于TPS73601可調版本，雖然沒有降噪引腳，但從輸出到FB引腳連接反饋電容$C_{FB}$可以降低輸出噪聲并改善負載瞬態性能。

3.3 電路板布局建議

為了提高PSRR、輸出噪聲和瞬態響應等交流性能，建議在電路板設計中為$V{IN}$和$V{OUT}$使用單獨的接地平面，并且每個接地平面僅在器件的GND引腳處連接。此外，旁路電容的接地連接應直接連接到器件的GND引腳。

3.4 其他設計考慮

• 內部電流限制：TPS736xx的內部電流限制有助于在故障條件下保護穩壓器。在輸出短路時，折返功能可以通過降低電流限制來保護穩壓器免受損壞。
• 關機功能：使能（EN）引腳為高電平有效，兼容標準TTL - CMOS電平。當$V{EN}$低于0.5 V（最大）時，穩壓器關閉，接地引腳電流降至約10 nA。如果不需要關機功能，可將EN連接到$V{IN}$。
• dropout電壓：該系列使用NMOS傳輸晶體管實現極低的dropout電壓。在負載電流發生大的階躍變化時，為了避免瞬態響應變差，需要$V{IN}$到$V{OUT}$有較大的電壓降。
• 瞬態響應：NMOS傳輸元件在電壓跟隨器配置中提供的低開環輸出阻抗，使得許多應用在沒有輸出電容的情況下也能正常工作。添加電容可以減少下沖幅度，但會增加持續時間。在可調版本中，從輸出到調節引腳添加電容$C_{FB}$也可以改善瞬態響應。
• 反向電流：當傳輸元件的柵極被拉低時，TPS736xx的NMOS傳輸元件可提供對從穩壓器輸出到輸入的電流流動的固有保護。在移除輸入電壓之前，必須將EN驅動為低電平，以確保傳輸元件的柵極上的所有電荷被移除。
• 熱保護：當結溫上升到約160°C時，熱保護功能會禁用輸出，使器件冷卻。當結溫冷卻到約140°C時，輸出電路再次啟用。為了確保可靠運行，結溫應限制在最大125°C。

4. 封裝與訂購信息

TPS736xx系列提供多種封裝選項，如SOT - 23（DBV）、SOT - 223（DCQ）和SON（DRB）等。不同的封裝在引腳數量、尺寸和熱性能等方面有所不同。在訂購時，需要根據具體的應用需求選擇合適的封裝和型號。同時，還需要注意產品的營銷狀態、MSL峰值溫度、工作溫度范圍、器件標記等信息。

總之，TPS736xx系列LDO穩壓器以其眾多的優點和豐富的特性，為電子工程師在電源管理設計中提供了一個非常好的選擇。在實際應用中，我們需要根據具體的設計要求，綜合考慮各種因素，充分發揮其性能優勢，確保設計的可靠性和穩定性。你在使用類似的LDO穩壓器時，有沒有遇到過一些特別的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享。