节省基站功耗的低压差(0V)稳压器

图3：零压差稳压电路框图。

　　电路工作原理

　　MAX5060EVKIT降压转换器可产生3.3V电压，输出电流达20A，开关频率约为270kHz，由12V输入产生3.3V输出。由于图4电路工作在轻载条件下，负载电流只有1A，作用在电感上的电压波形占空比为25%，摆幅介于地电平和12V之间。利用该开关电压驱动倍压电路，可以在线性稳压器(MAX1616)的输入端得到大约24V的直流电压。实际倍压输出为22.7V，能够为线性稳压器提供足够的驱动。线性稳压器的输出可驱动低RDSon N沟道FET(IRFZ24N)的栅极。

　　利用一个可调电源为场效应管供电，从而允许根据输入、输出电压的范围调节压降。FET的栅极由MAX1616 LDO的22V输出驱动，并在分压网络R1的电压达到1.24V之前始终将场效应管驱动在导通状态，随后关闭FET驱动器，使稳压器保持平衡。

　　电阻R2和电容C2通过抑制高速瞬态响应和噪声来控制环路的动态特性。电阻R2还可作为线性稳压器的自身负载吸收FET关闭时的电流。通过选择分压网络的电阻比设置输出电压值。在该应用中，R1选用250kΩ电位器，因此能让MAX1616的输出摆幅从1.25V上升到22V以上。

　　在不同输入电压、负载下观察FET栅极驱动电压的跌落测量压差，由此确定电路进入闭环控制的工作点。一旦栅极驱动跌落到MAX1616 LDO所能提供的22V以下，电路将进入稳压调整状态。测量调整管两端的输入、输出电压之差，可以确定电源电压、负载变化范围内的压降。

　　这种方法已经被证明是确定线性调整管压降的行之有效的途径，它从侧面反映了MOSFET的RDSon，图5以表格和图形的方式给出了对该电路的性能测试结果。

　　本文小结

　　图4所示电路提供了一个零压差稳压器(ZDO)，可利用N沟道、低RDSon FET实现，MOSFET的栅极通过倍压电路驱动。降低输出负载会减小输入、输出之间的压差，空载时达到零。大电流应用中，该电路能够降低稳压过程中的调整管损耗，进而降低对散热器及其他热管理技术的要求。

图4：零压差(ZDO)电路原理图。

　　基站系统的LDO要求1V的压差裕量，采用ZDO可大大降低这一裕量，对于需要10A输出电流的应用，可以选择具有极低RDSon的场效应管IRF1324，其RDSon低于1mΩ，利用该FET构建的ZDO理想情况下的压差为每安培1mV。

　　在本文提供的例子中，所使用的FET即使在最糟糕的工作条件下也能有效降低调整管的功耗，考虑到负载变化及其他因素的影响，只需100mV的压差裕量，再加上FET RDSon需要的10mV压差，可以将原来的8.5V中间电压降至7.61V。总压差为110mV，10A电流对应的功耗为1.1W，节省大约9W的功率。利用表面贴装器件可直接通过PCB的覆铜区域散热，因此可以很容易解决热管理问题。总之，使用IRF1324可省去散热器，降低成本，简化安装过程，并为系统节省9W的能耗。

图5：图4所示ZDO电路的测试结果。

　　ZDO还可用于电池供电系统，系统所能提供的压差裕量会随着电池的工作电压而发生显著变化，ZDO在这样的系统可有效延长电池的工作时间。

表1：零压差稳压器电路的主要性能。

备注

　　本电路只是原理电路，只在直流轻载下进行过测试。读者可以对其作进一步的开发，以优化动态负载响应及低输入/输出压差特性。