从零学运放—10 电源演进过程

上一节课，我们提到过用过1584这个芯片，我在使用1584以前用的就是LM25系列的，因为价格太贵了用了台湾的一家公司（美台）的AP1501，后来发现AP1501性能不是很好，尤其保护做的没有LM25系列做的好，后来找到了MPS公司的MP1584芯片，而且淘宝上最容易买，性价比也比较高，也就是2-3块钱，很便宜。它的缺点就是外围器件有点多，优点就是效率更高，并且保护方面非常好。性价比可以跟台湾的AP1501相比，性能又可以跟LM25相比，唯一缺点就是外围器件较多。除了外围器件多相对LM25输入电压略低一点最高28V。超过28V它会自动保护，用在24伏有些保守，因为24伏的话内压至少需要30伏以上，当然它也有个高压版本的，但是价格贵了。大部分设备内部都采用12伏的基准电源，辅助电源，12伏电压并不是很高，很多器件都可以容忍12伏，12伏大家可以发现是个很特殊的值，它跟电瓶的电压很接近。们以前的铅酸电池，一节就是2伏，6节就是12伏，所以12伏是个很常用的一个电压；两个12伏就是24伏了就是工业电压；两个24伏就是48伏了一般用在电话机供电，通信电源很多都是用48伏的，为什么用48伏呢，因为电话线比较长，供电比较远，电压越高有利于远距离供电。

我们的设备内部一般都用12伏的话，12伏也够用了，对于28伏输入来说12伏就绰绰有余了。MP1584的工作频率比较高，可以从100K—1.5MHz，它的外围器件比较多，但器件体积可以比较小，比如他的电感只需要10uH，之前我们说的LM25需要的是100uH（因为LM25频率比较低50KHz），而MP1584是100K—1.5MHz，所以他的电感量可以大大降低，电感量一降低那电流值就可以上去，同样条件下体积也可以大大缩小。LM25和MP1584整体占用的体积差不多。

输入没有大电解电容了只需要一个10uF的电容就可以了（体积很小），EN脚不怎么用，这个脚可以虚空（悬空，等下看个实际电路）；FREQ必须接200K；(COMP)3脚接的是补偿电路（反馈补偿电路，必须接，这个会影响一定的频率芯片工作的时候这个地方不要碰，因为手的阻值太大了，手碰会影响整个电路的工作点）；反馈呢是R2和R1的分压（参考电压是基准电压的0.8伏），所以经过这两个电阻的分压得到任意电压，但是工业场合不建议采用这两个值，因为这两个电阻值太大很容易受环境干扰，所以一般小一点，这样抗干扰能力强一点，可以同比例的降低R2取1K、R1取3K抗干扰能力就很强了；输出接了23uF的电容滤波纹波效果就非常好了。

这里有个24伏曲线，并不是说24伏不能用，而是28伏的时候芯片会有保护。过于靠近保护电压了。8脚（BST）和1脚SW多了一个100nF的电容，是自举电容，我们知道

LM25系列的内部电路用的是三极管，三极管呢我们需要驱动，驱动的电压呢最高也就是电源电压，会导致输出电压偏低了，而MP1584里边就采用了自举电容进来把输入电压（比如输入12伏，通过自举电容产生一个高于12伏的电压，高于12伏的电压再驱动MOS管，就可以让MOS管彻底完全导通，这是自举电容在电路中的好处，让MOS管完全处于导通的状态，这样在MOS管上的压降很低，发热量很低），我们来看下下图

Vout输出的电压通过电容产生自举产生个电压，这个自举电压作为下边的MOS管驱动器供电，驱动器电源电压加上电容电压就相当于升高了，驱动MOS管完全导通。

好再这么理解下，VIN电源电压过来，当Vout电压为低的时候，电源电流通过上部MOS管对电容充电，当Vout为高的时候（接近电源电压值），因为电容上有电压，导致BST脚电压高于电源电压，高于电源电压会给下方的MOS管驱动器供电，会得到一个比较高的驱动电压，驱动下方MOS管完全导通。比如我输入电压12伏通过自举产生的电压多余5伏的话，那么17伏驱动MOS驱动器的话，完全可以把驱动器驱动，驱动器会输出一个高的驱动电压让MOS管完全导通。LM25电路中呢，电源电压直接过来的话，三极管就有0.5的压降，前级如果还有压降的话，怎样输出都达不到电源电压，LM25内部电路如下。

MP1584好就好在它有个自举电容让内部产生一个高于电源电压的驱动器电源，去驱动MOS管。

MP1584频率高的原因也是，内部集成了功率MOS管，因为MOS管的开关特性要高于三极管开关特性，所以频率可以做得比较高。LM25系列的只有50KHz，MP1584最高达到1.5MHz，频率高了很多，所以导致输出电感可以大大缩小。

*输出电压：0.8V基准可调电压输出

*输入电压：4.5—28V

*输出电压：3A（SOIC8E)

*散热封装：SOIC8E（SO8带散热热沉）

因为频率升高，MOS管采用自举电容，自举电容自举之后MOS管处于完全导通状态，上面不会产生压降，不会发热很高，所以它的体积可以很小，直接用了SO8封装，注意这个SO8底部有个框，它露铜的焊盘，所以做SO8封装的时候呢，中心一定要露出焊盘来，同时这个焊盘一定要接地，一般打到地上去，可以通过PCB散热。特别注意中间散热热沉的焊盘一定要流出来，之后焊盘上有过孔，直接打到主地上去，这样保证热传递下去。

*最高工作温度：125度

*封装温升（单位：度/W）：50（空气—没焊盘），10（热沉—有焊盘）

*效率：70—90%

*开关频率：100K—1.5MHz

*静态工作电流：100uA

*其它指标参考PDF文档

输入要求12伏，输出要求1伏，那么发热量会高，效率会低。

*自举式驱动MOS管，频率高、体积小、功率密度大

*压降低：效率高

*静态工作电流低，但比LDO大

*输入电压不能低于4.5V，不适合锂电池供电的手机、平板等移动设备

那么在升级就是LTC3412啦

考虑到锂电池相关设备的使用，例如苹果手机，平板平板电脑啊，我们上边的MP1584是提供不了的。因为这些设备工作电压都很低，低功耗的电子芯片，可能只有1伏的供电电压，像苹果手机CPU工作电压也就1伏，还有锂电池供电，锂电池供电是3.4伏。那么利用常规的芯片已经不行了，MP1584都不行。必须要推出新的芯片来给低功耗硬件供电。

它的输入电压可以是3.3伏，那么我们锂电池供电3.4伏就完全可以使用。它的输出电感量只有0.47uH，可以驱动2.5V 3A的设备，又比MP1584进一步。它的效率看曲线图可以达到90%多，非常高。

它的输出是CMOS型的输出，MP1584是单独的N沟道的CMOS管（它必须有一个续流二极管，续流二极管在低电压的时候它的损耗很大），而LTC3412采用的推挽式的，这种输出可以理解为PDM输出，它是利用占空比来调节输出电压，这个时候外部的二极管就不需要了，那么我们可以看到它的外部电路是没有续流二极管的，因为没有续流二极管，那么续流二极管就不会有发热量，所以效率也就提高了。

*输出电压：0.8V基准可调电压输出

*输入电压：2.5—5.5V，因看到这个就是CMOS做的，因为CMOS就是5.5伏以内的。

*输出电流：3A（SOIC8E）

*散热封装：TSSOP（带热沉）、QFN（带热沉）

*最高工作温度：125度

*封装温升（QFN单位：度/W）：34（空气），1（热沉）

*效率最高：95%

*开关频率：300K—40MHz

*静态工作电流：64uA

*其它指标参考PDF文档

*PMOS与NMOS推挽式驱动，体积小，外围不需要续流二极管

*达到4MHz开关频率，电感体积小，滤波电容小

*输入电压不能高于5.5V，只适合锂电池等低电压供电

之前课程将了，最常用的基准电压源就是稳压二极管了，但稳压二极管精度并不高，后来出来一个TL431

*ADC、DAC的基准电压

*各类电源的参考电压

TL431是个基准电压源，它是用量最大的一种，它最多用在开关电源上，几乎所有的开关电源都用到了它。左图信号控制输入，是参考电压的2.5伏，高于2.5伏它就导通，低于2.5伏它就关闭，这个之前也有提到过，《从零学运放—07 理想晶体管-运放》就讲到了这个东西。这是TL431的使用，但是精度并不高。内部结构如下

2.5伏电压源，通过运放比较控制输出，当高于2.5伏，运放输出高导致三极管导通，输出变成低，形成一个负反馈。

*2.5V基准电压

*精度达到0.4%（8bit）温度系数：50ppm/C，ppm是百万分之一

*电流范围：1.0—100mA

*散热封装：TO92、SO8、DIP8

我们常用的是第一个封装，后面两种基本很少有人用了。

*通过可调电阻可实现最高36V基准电压，如下图分压电路

*广泛应用于精度要求不高的电源场合，尤其是各类开关电源，几乎都用TL431作为基准电压参考源

*精度只有0.4%，也就是8bit，一般单片机的ADC和DAC都达到10bit，甚至是12bit。所以满足不了ADC，DAC使用。

到此本章内容结束！

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