深入解析 MIC5156/5157/5158 Super (LDO TM) 穩(wěn)壓器控制器

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，穩(wěn)壓器控制器是至關(guān)重要的組件，它能為電路提供穩(wěn)定的電壓輸出，確保電子設(shè)備的正常運(yùn)行。今天，我們將深入探討 Micrel 公司的 MIC5156/5157/5158 Super (LDO TM) 穩(wěn)壓器控制器，了解其特點(diǎn)、功能以及應(yīng)用場(chǎng)景。

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產(chǎn)品概述

MIC5156、MIC5157 和 MIC5158 是用于高電流低壓差線性電壓調(diào)節(jié)的單芯片解決方案。它們采用外部 N 溝道功率 MOSFET 作為線性傳輸元件，具有諸多優(yōu)勢(shì)。

產(chǎn)品特性

1. 低壓差：壓差電壓低至外部功率 MOSFET 的 (R_{DS(ON)}) 乘以輸出電流，輸出電流可達(dá)到最大 MOSFET 所能提供的水平。
2. 寬輸入電壓范圍：工作電壓范圍為 3V 至 36V。
3. 多種輸出配置：不同型號(hào)具有固定輸出電壓或可調(diào)節(jié)輸出電壓的選項(xiàng)，滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求。
4. 低功耗：典型工作電流為 4.5mA，典型待機(jī)電流小于 1μA。
5. 內(nèi)部電荷泵：MIC5157 和 MIC5158 具有內(nèi)部電荷泵三倍壓器，可提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。
6. 電流限制：具有可選的電流限制功能，典型閾值為 35mV。
7. 輸出電壓精度高：大多數(shù)配置下初始輸出電壓容差為 1%，溫度范圍內(nèi)輸出電壓容差為 2%。

產(chǎn)品差異

MIC5156

需要外部柵極驅(qū)動(dòng)電源來(lái)驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET 的柵極，有 3.3V 固定輸出、5V 固定輸出或可調(diào)輸出版本，采用 8 引腳 DIP 或 SOIC 封裝。

MIC5157

具有內(nèi)部電荷泵，可選擇 3.3V、5V 或 12V 的固定輸出，采用 14 引腳 DIP 或 SOIC 封裝。

MIC5158

可配置為固定 5V 輸出或通過(guò)兩個(gè)外部電阻編程為 1.3V 至 36V 的任意電壓，采用 14 引腳 DIP 或 SOIC 封裝。

功能描述

使能控制（EN）

當(dāng) (V_{DD}) 至少為 3.0V 時(shí)，將 EN 引腳置為 TTL 低電平可使控制器進(jìn)入關(guān)斷模式，置為 TTL 高電平可啟用內(nèi)部偏置電路，為所有內(nèi)部電路供電。若未使用，EN 必須拉高，其施加的電壓最高可達(dá) 36V。關(guān)斷模式下，控制器電流消耗小于 1μA。

柵極增強(qiáng)

控制器管理外部 N 溝道 MOSFET 的柵源增強(qiáng)電壓，柵源電壓根據(jù)電源和負(fù)載條件在 1V 至 16V 之間變化。當(dāng)穩(wěn)壓器處于壓差狀態(tài)且 MOSFET 完全增強(qiáng)時(shí)，需要額外的較高電源電壓來(lái)產(chǎn)生必要的柵源增強(qiáng)電壓，這由外部柵極驅(qū)動(dòng)電源（MIC5156）或內(nèi)部電荷泵（MIC5157 和 MIC5158）提供。

柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓（僅 MIC5156）

柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓不得比電源電壓高 14V 以上（(V{P}-V{DD}<14V)），最小必要柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓為 (V{P}=V{OUT}+V{GS}+1)，其中 (V{P}) 為柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓，(V{OUT}) 為穩(wěn)壓器輸出電壓，(V{GS}) 為 MOSFET 完全柵極增強(qiáng)所需的柵源電壓。誤差放大器使用柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET 的柵極，其輸出可擺動(dòng)至 (V_{P}) 的 1V 以?xún)?nèi)。

電荷泵（僅 MIC5157/5158）

電荷泵三倍壓器在儲(chǔ)能電容 C3 上產(chǎn)生直流電壓，外部電容 C1 和 C2 為電荷泵三倍壓器的各級(jí)提供必要的存儲(chǔ)。電荷泵的近似直流輸出電壓為 (V{CP}approx3(V{DD}-1))，其中 (V{CP}) 為電荷泵輸出電壓，(V{DD}) 為電源電壓。(V{CP}) 鉗位電路通過(guò)根據(jù)需要開(kāi)啟或關(guān)閉電荷泵振蕩器，將電荷泵電壓限制在 (V{DD}) 以上 16V。電荷泵振蕩器工作頻率為 160kHz，誤差放大器使用電荷泵電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET 的柵極，為電荷泵提供約 1mA 的恒定負(fù)載，其輸出可擺動(dòng)至 (V_{CP}) 的 1V 以?xún)?nèi)。

應(yīng)用信息

MOSFET 選擇

大多數(shù) Super LDO 穩(wěn)壓器應(yīng)用可使用標(biāo)準(zhǔn) N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET。若外部柵極驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低（MIC5156）或輸入電壓過(guò)低，無(wú)法為標(biāo)準(zhǔn) MOSFET 提供足夠的電荷泵電壓（MIC5157/8），則可能需要邏輯電平 N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET。

電路布局

為實(shí)現(xiàn)最佳電壓調(diào)節(jié)，應(yīng)將源極、地和誤差放大器連接盡可能靠近負(fù)載。

柵源鉗位

16.6V 的柵源保護(hù)電壓鉗位可在輸出電壓突然降至零伏時(shí)保護(hù) MOSFET，防止在負(fù)載短路情況下?lián)p壞外部 MOSFET。MIC5156 可調(diào)版本沒(méi)有柵源鉗位所需的源極連接。

輸出調(diào)節(jié)

啟動(dòng)時(shí)，誤差放大器反饋電壓（EA）或固定版本的內(nèi)部反饋與內(nèi)部 1.235V 帶隙基準(zhǔn)相比低于標(biāo)稱(chēng)值，這會(huì)使誤差放大器輸出變高，從而開(kāi)啟外部 MOSFET Q1。輸出達(dá)到調(diào)節(jié)后，控制器根據(jù)反饋電壓調(diào)整誤差放大器輸出電壓（柵極增強(qiáng)電壓），在輸入和負(fù)載條件變化時(shí)保持恒定輸出電壓。

失調(diào)檢測(cè)

當(dāng)輸出電壓比標(biāo)稱(chēng)值低 8% 或更多時(shí)，集電極開(kāi)路 FLAG 輸出（通常為高電平）被拉低，以指示故障狀態(tài)。FLAG 輸出可用于向外部電路發(fā)出信號(hào)或進(jìn)行控制，也可用于通過(guò) EN 控制關(guān)閉穩(wěn)壓器。

電流限制

Super LDO 穩(wěn)壓器執(zhí)行恒流限制（非折返式）。要實(shí)現(xiàn)電流限制，必須在 (V{DD}) 和 D（漏極）之間的“電源”路徑中放置一個(gè)檢測(cè)電阻 ((R{S}))。若檢測(cè)電阻上的電壓降達(dá)到 35mV，電流限制比較器會(huì)降低誤差放大器輸出，僅降低到足以降低輸出電流的程度，使檢測(cè)電阻上的電壓不超過(guò) 35mV。

典型應(yīng)用

3.3V 微處理器應(yīng)用

對(duì)于使用 5V 邏輯的 3.3V 微處理器的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，F(xiàn)LAG 輸出可用于在 3.3V 輸出達(dá)到調(diào)節(jié)之前抑制 5V 電源。

SMPS 后置穩(wěn)壓器應(yīng)用

Super LDO 穩(wěn)壓器可用作開(kāi)關(guān)模式電源的后置穩(wěn)壓器，可顯著降低峰 - 峰紋波電壓。

高電流開(kāi)關(guān)應(yīng)用

MIC5156/7/8 的所有版本均可用于帶或不帶電壓調(diào)節(jié)的限流、高電流、高端開(kāi)關(guān)應(yīng)用。

電池充電器應(yīng)用

MIC5158 可用于恒流應(yīng)用，如電池充電器。穩(wěn)壓器提供恒定電流（35mV ÷ R3），直到電池接近浮充電壓 (V_{FL}=1.235(1+frac{R1}{R2}))，此時(shí) MOSFET 關(guān)閉，由 R4 提供涓流充電。

不間斷電源應(yīng)用

MIC5157 和兩個(gè) N 溝道 MOSFET 可為不間斷電源提供電池切換功能。

總結(jié)

MIC5156/5157/5158 Super (LDO TM) 穩(wěn)壓器控制器具有多種優(yōu)勢(shì)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并注意 MOSFET 的選擇、電路布局、輸出調(diào)節(jié)等方面的問(wèn)題。希望本文能為電子工程師們?cè)谑褂眠@些控制器時(shí)提供一些參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似穩(wěn)壓器控制器的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。