本文將以支持浮動(dòng)工作的線性穩(wěn)壓器IC為例，介紹電源電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐中的注意事項(xiàng)。

示例中使用的線性穩(wěn)壓器IC

為便于說明，我們?cè)谑纠惺褂贸Ｒ姷木€性穩(wěn)壓器IC“BA1117”。BA1117是一款支持浮動(dòng)工作的可變輸出低飽和（低壓差）線性穩(wěn)壓器IC，屬于“LDO”類型。其主要規(guī)格和框圖如下。浮動(dòng)工作的線性穩(wěn)壓器采用的是無接地（GND）引腳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

·輸入額定電壓：15V

·輸入電壓范圍：VOUT+1.4V～10V

·基準(zhǔn)電壓：1.25V

·輸出電壓設(shè)置范圍：1.25V～8.6V

·輸出電流：1A

·壓差電壓：1.2V（1A時(shí)）

·輸出電壓精度：±1%（不含外置電阻的精度）

·輸出電流：5mA*1～1A

·工作結(jié)溫范圍：-20℃～+105℃

*1：含電壓設(shè)置電阻的電流

※規(guī)格值請(qǐng)以最新的技術(shù)規(guī)格書為準(zhǔn)。

BA1117是一款在輸出級(jí)采用了NPN晶體管的LDO，其壓差電壓（即維持正常工作所需的最小輸入輸出電壓差。詳情見后文）約為1.2V。輸出級(jí)采用PNP晶體管或MOSFET的LDO，其壓差電壓約為0.5V，因此可能有人會(huì)有異議：”1.2V是否屬于LDO范疇？”標(biāo)準(zhǔn)型（如78xx系列等）的壓差電壓約為2V，因此BA1117確實(shí)屬于低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）范疇。具體詳情請(qǐng)參閱TechWeb上的“線性穩(wěn)壓器基礎(chǔ)”。

本節(jié)有以下幾點(diǎn)需要注意：說明中會(huì)出現(xiàn)諸如”壓差電壓1.2V”等規(guī)格值，但這些數(shù)值并不一定是保證值（最大值或最小值）。所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)請(qǐng)務(wù)必以最新的技術(shù)規(guī)格書為準(zhǔn)。另外，電路示例等可能會(huì)有部分內(nèi)容省略，僅供參考。

使用了浮動(dòng)工作線性穩(wěn)壓器IC的電源電路示例

下面是由BA1117構(gòu)成的具有代表性的電源電路及BA1117封裝示意圖。這款I(lǐng)C的正式型號(hào)名稱為“BA1117FP”。

電路非常簡(jiǎn)單。所需外置元件僅4個(gè)：輸入電容CIN、輸出電容COUT、輸出電壓設(shè)置用的電阻R1和R2，均可采用小型貼片式的產(chǎn)品。

BA1117的封裝形式為TO252-3。這是具有可提高散熱性能的FIN（也稱為“TAB”）的表面貼裝型封裝，是1A輸出級(jí)中的典型封裝形式。

下面是各引腳的功能說明：

浮動(dòng)工作線性穩(wěn)壓器IC的輸出電壓設(shè)置方法

示例中使用的線性穩(wěn)壓器ICBA1117屬于可變輸出型LDO。可變輸出型通過使用外置電阻分壓器，可設(shè)置任意輸出電壓值（通常設(shè)置范圍為從內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源到IC規(guī)定的最大輸出電壓）。另外，除可變輸出型外，還有固定輸出型產(chǎn)品。這種是在IC內(nèi)部?jī)?nèi)置了分壓電阻的產(chǎn)品，可設(shè)置5V和3.3V等常見的標(biāo)準(zhǔn)電壓，通常僅需外接輸入輸出電容器即可工作。可根據(jù)使用需求，靈活選用可變輸出型與固定輸出型產(chǎn)品。

BA1117支持1.25V～8.6V范圍的輸出電壓設(shè)置。輸出電壓可通過以下公式計(jì)算得出：

VREF *1：基準(zhǔn)電壓［V］＝1.25V typ
IADJ：ADJ引腳電流［A］＝60μA typ

BA1117的VOUT引腳與ADJ引腳之間會(huì)輸出1.25V的基準(zhǔn)電壓。R1的電流I1可通過1.25V/R1計(jì)算得出，而R2的電流則為R1的電流加上ADJ引腳的偏置電流IADJ得到的值。ADJ引腳的偏置電流為60μA typ（120μA max），通過R2流向接地端。為減小ADJ引腳的偏置電流引起的輸出電壓誤差，建議將R1值設(shè)置為120Ω。通過將R1值調(diào)小并將I1值調(diào)大，IADJ值便可忽略不計(jì)。

另外，在PCB布局方面，為獲得最佳負(fù)載調(diào)整性能，請(qǐng)將輸出電壓設(shè)置電阻的上端直接連接于VOUT（FIN）引腳。

下表列出了典型輸出電壓對(duì)應(yīng)的設(shè)置電阻值。本示例中采用的標(biāo)稱電阻值是E24系列。電阻R1和R2需使用同一類型的產(chǎn)品。若類型不同，由于它們的容差和溫度特性不同，R1與R2的比率可能會(huì)發(fā)生變化，從而很可能導(dǎo)致輸出電壓精度惡化。使用比0402mm（01005英寸）尺寸小的貼片電阻時(shí)，請(qǐng)注意選擇符合電阻額定功率和最大電壓要求的產(chǎn)品。

以最少元器件數(shù)量進(jìn)行設(shè)置時(shí)

高精度設(shè)置時(shí)

這里有一點(diǎn)需要注意。通常情況下，會(huì)通過R1和R2從VOUT引腳持續(xù)向接地端流入約10mA的電流。但若將輸出電壓設(shè)定為1.25V，并將R1設(shè)為開路狀態(tài)時(shí)，該電流會(huì)變?yōu)榱?。然而，?dāng)負(fù)載電流變?yōu)榱銜r(shí)，BA1117的負(fù)反饋功能將失效，導(dǎo)致輸出電壓上升，從而無法正常工作。這表示技術(shù)規(guī)格書中記載的規(guī)格值——最小負(fù)載電流（IO(min)）的最大值，以及輸出電流（IO）的最小值。為防止這種情況發(fā)生，需要給R1配置120Ω的電阻，以確保負(fù)載電流始終保持在10mA左右。

負(fù)載調(diào)整和浮動(dòng)工作線性穩(wěn)壓器的開爾文連接

通常，只要將輸出電壓設(shè)置電阻連接在VOUT引腳的線路上，即可獲得最佳的穩(wěn)壓效果。然而，在負(fù)載電流較大、走線寬度較窄或到負(fù)載的距離較遠(yuǎn)等情況下，PCB銅箔布線的電阻可能會(huì)引起電壓降，從而可能導(dǎo)致負(fù)載點(diǎn)的電壓降低。此時(shí)，需要將線性穩(wěn)壓器IC自身的負(fù)載調(diào)整率與這些因素的負(fù)載調(diào)整率相加進(jìn)行計(jì)算。這種負(fù)載調(diào)整思路不僅適用于浮動(dòng)工作線性穩(wěn)壓器，也是適用于所有線性穩(wěn)壓器通用的思路。

通過將輸出電壓設(shè)置電阻分壓器的下端盡可能靠近負(fù)載進(jìn)行連接，可消除該影響。這個(gè)方法就是眾所周知的開爾文連接法，能夠消除輸出大電流ILARGE與VOUT引腳至負(fù)載端之間的走線電阻RPARASTIC導(dǎo)致的電壓降的影響。另外，將高阻抗的分壓電阻器配置在IC附近，并延長(zhǎng)低阻抗的電阻下端的走線，可有效提升抗噪性能。下面是BA1117的開爾文連接示例：

IC的輸出電容COUT用于防止振蕩，因此應(yīng)配置在IC附近；而在負(fù)載附近則需配置大容量電容CBULK，以對(duì)急劇的負(fù)載變化迅速作出響應(yīng)。

需要注意的是，多數(shù)線性穩(wěn)壓器IC均設(shè)有接地引腳（浮動(dòng)工作的BA1117沒有接地引腳），由于ADJ引腳與接地之間有基準(zhǔn)電壓，因此需采用開爾文連接法將電阻分壓器上端靠近負(fù)載端配置。但要注意，由于BA1117在ADJ引腳與輸出VOUT引腳之間有基準(zhǔn)電壓，所以其連接方式應(yīng)與常規(guī)接法相反。下圖為BA1117錯(cuò)誤的開爾文連接方式。此時(shí)的輸出電壓可用后續(xù)的公式表示。與上一節(jié)給出的輸出電壓設(shè)置用的公式相比，錯(cuò)誤的連接方式會(huì)導(dǎo)致VREF項(xiàng)中額外疊加由輸出大電流ILARGE與VOUT引腳至負(fù)載端之間的走線電阻RPARASTIC引發(fā)的電壓降。也就是說，負(fù)載電流（ILARGE）會(huì)導(dǎo)致負(fù)載調(diào)整性能惡化，這意味著無法獲得開爾文連接的效果。

＜上圖的輸出電壓計(jì)算公式＞

浮動(dòng)工作線性穩(wěn)壓器IC的輸出電壓誤差

輸出電壓誤差為BA1117的基準(zhǔn)電壓*1容差與輸出電壓設(shè)置用的外置電阻容差的乘積，加上ADJ引腳電流IADJ的容差、線路調(diào)整率容差以及負(fù)載調(diào)整率容差的總和*2 。若以各容差的最大值計(jì)算，可求得最大容差，而以最小值計(jì)算則可求得最小容差。

*1：技術(shù)規(guī)格書中使用VO來表示基準(zhǔn)電壓(Reference Voltage)，所以這里沿用VO。

*2：不包括PCB的走線電阻引起的負(fù)載調(diào)整率。

輸出電壓的最大值和最小值可通過以下公式來表示。在此基礎(chǔ)上，考慮到線路調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率容差的值，形成輸出電壓的最終誤差范圍。

＜最小值＞

＜最大值＞