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電腦使用穩壓器注意事項盤點

發布時間:2019-07-04 11:29

一、電腦穩壓器靜態電流(Iq)及互補金屬氧化半導體(CMOS)低壓降

靜態電流(Iq)也稱為操作電流或接地電流,是設計低功率、低操作電流及以電池供電的電子產品時需要考慮的其中一個重要因素。每當我們談及1A、2A或3A恒流負載時,我們會否忽略靜態電流所發揮的重要作用?係統設計工程師很多時都忽略這個問題 – 其實無視靜態電流的重要性可能要付出很大的代價。係統的靜態電流可能會隨著負載電流的增加而大幅上升,確實升幅取決於低壓降穩壓器所采用的工藝技術。以雙極低壓降穩壓器為例來說,3A負載電流的靜態電流可能超過200mA。此外,CMOS低壓降穩壓器的靜態電流極低,而且不受負載大小影響,若滿載電流為3A,靜態電流一般隻有3mA至15mA;若負載電流為1A/2A,靜態電流則介於100A與6mA之間。(參看圖1所載有關供電電流與負載電流的函數關係圖,圖中比較的兩款150mA低壓降穩壓器分別采用CMOS及雙極工藝技術製造。)

若輸出電流為3A,靜態電流是200mA還是6mA的問題究竟是否這樣重要?正如上文所說,功率耗散總額是判斷低壓降穩壓器解決方案實際可行與否的決定性指標,雖然在計算功率耗散的公式之中,****個變項會隨著不同的應用而改變 (亦即這個變項取決於輸入電壓與輸出電壓),但第二個變項則完全取決於靜態電流的大小,而且可能是左右功率耗散實際大小的一個重要因素。以3.3伏的輸入電壓為例來說,200mA的靜態電流會將功率耗散提高660mW,以如此高的功率耗散來說,有關的設計可能需要改用開關穩壓器。若靜態電流低至隻有6mA,功率耗散則隻會增加約20mW,這個增幅可說微不足道,因此功率耗散總額幾乎不受任何影響。以如此低的靜態電流來說,線性穩壓器仍可發揮其作用,因此隻要靜態電流夠低,係統設計工程師仍然可以選用CMOS線性穩壓器。

在決定選用哪一個靜態電流數值之前,****先查閱數據表內頁所載的滿載數值。目前業者都喜歡將****或無負載的靜態電流數值列於數據表內**頂的一欄,工程師很多時以為這是滿載數值,很易被這欄數字誤導。

二、壓降及低輸入電壓的低壓降電腦穩壓器

究竟這個功耗量應視為高還是低呢?有關這個問題我們不可過早做出判斷,我們必須根據芯片封裝以及電路板的類型與麵積 (若采用表麵貼裝封裝),找出這些變項與溫度上升幅度之間的函數關係,從而計算 1.225W 的功率耗散究竟會令溫度上升多少。這樣我們才可作出一個較為全麵的判斷,確定 1.225W 的功率耗散是高還是低。係統設計工程師一般都喜歡采用**小巧的封裝,但這類封裝的熱阻值非常高,因此散熱能力也**差。

標準SOT-23及SC-70等小巧封裝的qJA值介於200度/W與400度/W之間。體積不大不小的SOT-223、TO-252(DPAK)及其它無掩蔽焊球SMD封裝(包括PSOP及ETSSOP)的qJA值則介於50度/W與90度/W之間。

一般來說,隻有較大的封裝(例如TO-220及TO-263)才有較理想的qJA值,其數值介於40度/W與60度/W之間。大致上,這是封裝大小與溫度上升幅度之間的變化規律,適用於除LLP之外的所有封裝。由於LLP封裝的內部結構較為特別,例如晶片以麵向上、底朝下的方式置於金屬麵,而金屬麵則設於封裝底部,並無任何掩蔽,因此這種超小型封裝的熱阻極低,甚至可媲美較大的封裝,是目前****一種熱阻值這樣低的超小型封裝。

上述數字對係統溫度有什麽影響?若功率耗散為Pd=1.225W,理論上2.85mmx3mm的SOT-23封裝的溫度至少會上升300度。6.6mmx9.7mm的DPAK封裝的受熱溫度會比環境溫度高80度,隻有10.4mmx14.35mm的TO-263封裝或2.9mmx3.3mm的 LLP封裝才有較小的溫度升幅(50度)。係統設計工程師若懂得如何選擇合適的線性穩壓器封裝,便可大致知道是否需要改用開關穩壓器。

三、電腦散熱、效率及封裝穩壓器

若係統的輸入電壓可改為1.5伏或1.8伏,當使用表明100mV壓降的低壓降穩壓器可大幅提升效率,以及降低溫度上升幅度和耗散的熱量。以2.5伏****輸入電壓的低壓降穩壓器為例來說,若采用500mA的負載?低壓降電腦穩壓器的壓降是否真的很低?我們應再三思考這個問題。產品規格書上雖然標明所需壓降為100mV,但這個數值隻適用於某些應用情況,例如,輸入電壓若比穩壓器芯片的****輸入電壓大,壓降便可能隻有100mV,但係統若需要1.2伏或更低的輸出電壓 (目前許多應用都必須采用這樣低的輸出電壓),而穩壓器需要不少於2.5伏的輸入電壓操作,例如輸入電壓介於2.5伏與5.5伏之間的典型穩壓器便需要2.5伏以上的輸入電壓,在這個情況下,真正壓降是:2.5V-1.2V=1.3V,理論上,上述係統應該可以執行正常功能,但耗散為熱能的功率會占很大的比重。大部分穩壓器係統設計工程師可能都會同意線性穩壓器是眾多穩壓器之中**容易使用的一種,而且由於這個原因,也**受係統設計工程師歡迎。但新一代的係統要求極為嚴格,因此隻采用線性穩壓技術的高性能係統穩壓器會受到較多的製約,以致很難充分發揮其性能。

這個穩壓器發展趨勢帶出以下幾個問題:

  • (1)係統設計工程師構思新穩壓器產品時可以獲得哪一方麵的技術支持?
  • (2)穩壓器采用線性穩壓技術的直流/直流功率轉換係統有什麽優缺點?
  • (3)穩壓器是否比采用其他線路布局的功率轉換係統優勝?
  • (4)穩壓器技術上又有什麽局限?
  • (5)若以同一應用作比較,哪一類的低壓降穩壓器有較高的效率?
  • (6)不同穩壓器廠商的線性穩壓器是否有高下優劣之別?

看起來這些問題好像非常簡單,其實問題的答案比我們想象複雜,因為需要考慮的重要因素及技術參數非常多,加上有關因素的重要性經常被人忽略,因此係統設計工程師做出取舍時必須小心謹慎。由於新產品的供電要求越趨嚴格,電路板的麵積也不斷縮小,加上係統必須保證能發揮**基本的性能,因此我們必須為新產品挑選合適的低壓降穩壓器。好的低壓降穩壓器可以解決很多應用上的問題;若穩壓器的選擇不當,整個設計根本就無法落實執行。

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