ADP1754/ADP1755：高性能低 dropout 線性穩壓器的卓越之選

在電子設計領域，穩壓器是確保電路穩定運行的關鍵組件。今天，我們將深入探討 Analog Devices 推出的 ADP1754/ADP1755 低 dropout（LDO）CMOS 線性穩壓器，了解其特性、應用以及設計要點。

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一、產品特性概述

1. 電氣性能卓越

• 輸出電流與電壓范圍：ADP1754/ADP1755 可提供高達 1.2 A 的輸出電流，輸入電壓范圍為 1.6 V 至 3.6 V。這使得它們能夠適應多種電源環境，滿足不同設備的供電需求。
• 低功耗設計：具有低關機電流（<2 μA）和極低的壓降（在 1.2 A 負載下為 105 mV），有助于降低功耗，延長電池續航時間。
• 高精度輸出：初始精度為 ±1%，在不同線路、負載和溫度條件下的精度為 ±2%，確保輸出電壓的穩定性。

2. 豐富的功能特性

• 多種輸出電壓選項：ADP1754 提供 7 種固定輸出電壓選項（0.75 V 至 2.5 V），ADP1755 則支持可調輸出電壓（0.75 V 至 3.3 V），通過外部電阻分壓器實現靈活配置。
• 軟啟動功能：允許連接外部軟啟動電容，控制啟動時的輸出電壓斜坡，減少浪涌電流，實現平穩啟動。
• 高電源抑制比（PSRR）：在 1 kHz 時可達 65 dB，有效抑制電源噪聲，提高系統的抗干擾能力。
• 保護功能完善：具備電流限制、熱過載保護、電源良好指示、邏輯控制使能和反向電流保護等功能，保障設備的安全可靠運行。

二、典型應用場景

ADP1754/ADP1755 適用于多種電子設備，包括但不限于：

• 服務器計算機：為服務器的內存組件、處理器等提供穩定的電源，確保系統的高效運行。
• 電信和網絡設備：滿足通信設備對電源穩定性和低噪聲的要求，保障數據傳輸的可靠性。
• DSP/FPGA/微處理器供電：為這些高性能芯片提供精確的電源，支持其復雜的運算和處理任務。
• 儀器儀表和數據采集系統：提供穩定的電源，確保測量和數據采集的準確性。

三、工作原理剖析

ADP1754/ADP1755 內部由參考電壓源、誤差放大器、反饋電壓分壓器和 PMOS 通晶體管組成。誤差放大器將參考電壓與輸出反饋電壓進行比較，并放大差值，從而控制 PMOS 通晶體管的導通程度，實現對輸出電壓的精確調節。

四、關鍵功能詳解

1. 軟啟動功能

通過連接外部軟啟動電容，可實現可編程的軟啟動功能。啟動時，0.9 μA 的電流源對電容充電，輸出電壓受電容電壓限制，實現平滑上升。軟啟動時間可通過公式 (t{ss}=V{REF}timesleft( C{S S} / I{S S}right)) 計算，其中 (V{REF}) 為 0.5 V 參考電壓，(C{SS}) 為軟啟動電容，(I_{SS}) 為 0.9 μA 電流源。

2. 可調輸出電壓（ADP1755）

ADP1755 的輸出電壓可通過連接從 VOUT 到 ADJ 的電阻分壓器進行設置，計算公式為 (V_{OUT }=0.5 V times(1+R 1 / R 2))，其中 (R1) 為從 VOUT 到 ADJ 的電阻，(R2) 為從 ADJ 到 GND 的電阻。為減少偏置電流引起的誤差，建議 (R2) 值小于 60 kΩ。

3. 使能特性

通過 EN 引腳控制穩壓器的開啟和關閉。EN 引腳具有內置的遲滯特性，可防止因引腳噪聲導致的開關振蕩。其激活和非激活閾值隨輸入電壓變化。

4. 電源良好特性

PG 引腳為開漏輸出，需連接外部上拉電阻到 (V_{IN})。當穩壓器處于關機模式、限流模式、熱關斷狀態或輸出電壓低于標稱值的 90% 時，PG 引腳立即變為低電平，指示輸出狀態。

5. 反向電流保護特性

當 (V{OUT}) 大于 (V{IN}) 時，反向電流保護電路會檢測到這種情況，并反轉內部二極管的連接方向，同時將 PMOS 通晶體管的柵極連接到 (V_{OUT})，防止反向電流流動，避免設備損壞。

五、設計要點與注意事項

1. 電容選擇

• 輸出電容：建議使用最小 3.3 μF、ESR 為 500 mΩ 或更小的陶瓷電容，以確保穩壓器的穩定性。較大的輸出電容可改善負載電流變化時的瞬態響應。
• 輸入旁路電容：將 4.7 μF 電容從 VIN 引腳連接到 GND，可降低電路對 PCB 布局的敏感性。若需要更大的輸出電容，建議相應增加輸入電容。
• 電容特性：推薦使用 X5R 或 X7R 介質的陶瓷電容，避免使用 Y5V 和 Z5U 介質的電容，因為它們的溫度和直流偏置特性較差。

2. 欠壓鎖定

ADP1754/ADP1755 具有內部欠壓鎖定電路，當輸入電壓低于約 1.58 V 時，會禁用所有輸入和輸出，確保上電過程中設備的可預測性。

3. 電流限制和熱過載保護

當輸出負載達到 2 A（典型值）時，穩壓器進入限流模式，降低輸出電壓以維持恒定電流。熱過載保護可將結溫限制在 150°C（典型值），當結溫超過該值時，輸出將關閉，待結溫下降到 135°C（典型值）時，輸出重新開啟。

4. 熱考慮

為確保可靠運行，結溫不得超過 125°C。結溫可通過公式 (T{J}=T{A}+left{left[left(V{I N}-V{OUT }right) × I{L O A D}right] × theta{J A}right}) 計算，其中 (T{A}) 為環境溫度，(V{IN}) 和 (V{OUT}) 分別為輸入和輸出電壓，(I{LOAD}) 為負載電流，(theta_{JA}) 為結到環境的熱阻。在設計 PCB 時，應根據負載電流和輸入輸出電壓差，合理選擇 PCB 銅面積，以確保結溫不超過限制。

5. PCB 布局考慮

• 輸入電容應盡可能靠近 VIN 和 GND 引腳。
• 輸出電容應盡可能靠近 VOUT 和 GND 引腳。
• 軟啟動電容應盡可能靠近 SS 引腳。
• 負載應盡可能靠近 VOUT 和 SENSE 引腳（ADP1754）或 VOUT 和 ADJ 引腳（ADP1755）。
• 在面積有限的電路板上，建議使用 0603 或 0805 尺寸的電容和電阻，以實現最小的占位面積。

六、總結

ADP1754/ADP1755 低 dropout 線性穩壓器以其卓越的電氣性能、豐富的功能特性和完善的保護機制，成為電子工程師在電源設計中的理想選擇。在實際應用中，合理選擇電容、注意熱管理和 PCB 布局，能夠充分發揮其性能優勢，確保設備的穩定可靠運行。你在使用 ADP1754/ADP1755 過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。