電源芯片是電子系統中用于管理、轉換和分配電能的集成電路，根據功能和應用場景的不同，主要分為以下幾類：

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一、線性穩壓器（LDO, Low Dropout Regulator）

LDO內部的基本電路情況如下：

LDO內部主要分為四大部件：取樣部分、基準電壓部分、誤差放大部分和晶體管調整部分

這里的晶體管調整部分可以是MOS管也可以是三極管控制，區別在于最小壓差區不一樣，如果是MOS管的話，此時MOS是工作在飽和區的，即此時Id電流只受Ugs控制，工作在該區域的場效應管同一個Uds，不同的Ugs產生不同的Id,此時的場效應管相當于一個電壓控制電流源，場效應管作為放大器件應用時，都工作在該區域，因此也叫放大區。

• 功能：通過線性調整輸入電壓來輸出穩定的低壓，效率較低（壓差越大效率越低）。

• 特點：結構簡單、噪聲低、成本低，但發熱量大。

• 典型應用：低噪聲電路（如傳感器、音頻設備）、低壓差場景。

• 例子：LM1117（1.8V? 2.5V 3.3V? 5V固定輸出或者1.25V-13.8V可調輸出，壓降1.2V時最大800mA輸出負載電流,SOT-223封裝，帶限流和熱關斷功能）、AMS1117、LT1086。

插播：

LDO的限流和熱關斷是什么作用？

在LDO（低壓差線性穩壓器）中，限流（Current Limit）和熱關斷（Thermal Shutdown）是兩項關鍵的保護功能，用于防止芯片因過載或過熱而損壞。以下是它們的詳細作用和工作原理：

1. 限流（Current Limit）

作用

• 限制LDO的輸出電流，防止因負載短路或過載導致芯片或外部電路損壞。

• 避免因電流過大燒毀內部功率管（Pass Transistor）或PCB走線。

工作原理

• LDO內部通常有一個電流檢測電路，當輸出電流超過設定的閾值（如1.5A）時，反饋環路會主動降低輸出電壓或切斷電流，將輸出電流限制在安全范圍內。

• 兩種常見限流模式：

  • 恒流限流（Constant Current Limit）：電流超限后，輸出電流保持恒定，電壓下降（類似恒流源）。

  • 折返限流（Foldback Current Limit）：電流超限后，進一步降低電流閾值（如降至0.5A），減少芯片功耗，避免過熱（但可能導致負載無法啟動）。

典型表現

• 當負載短路時，輸出電壓降至接近0V，但電流被限制在安全值（如1A）。

• 若負載恢復正常，LDO會自動恢復輸出。

注意

• 限流值需略高于負載的正常工作電流，避免誤觸發（例如：負載需1A，限流設為1.5A）。

2. 熱關斷（Thermal Shutdown）

作用

• 當芯片溫度超過安全閾值（通常125°C~150°C）時，強制關閉輸出，防止過熱損壞。

• 保護LDO內部元件（如功率管、控制電路）因高溫失效。

工作原理

• LDO內部集成溫度傳感器，實時監測芯片結溫（Junction Temperature）。

• 當溫度超過閾值，熱關斷電路觸發，關閉功率管，停止輸出電壓。

• 溫度降至安全范圍（如100°C以下）后，芯片可能自動恢復（Auto-recovery）或需手動重啟（如重新上電）。

典型場景

• 長時間大電流工作（如輸入輸出壓差大，導致功耗?P=(Vin?Vout)×IoutP=(Vin??Vout?)×Iout??過高）。

• 散熱不良（如PCB布局無散熱銅箔或環境溫度高）。

注意

• 熱關斷是“最后防線”，設計時應通過優化散熱（如加散熱片、降低壓差）避免頻繁觸發。

限流與熱關斷的協同關系

1. 限流先觸發：若負載過流，限流電路首先動作，減少電流以降低功耗，可能避免溫度進一步升高。

2. 熱關斷后備保護：若限流后仍無法控制溫升（如環境溫度過高），熱關斷最終生效。

實際設計中的考慮

• 避免誤觸發：

  • 限流值需留有余量（如負載峰值電流的1.2~1.5倍）。

  • 確保散熱設計滿足功耗要求（計算溫升：Tj=P×RθJA+TambientTj?=P×RθJA?+Tambient?）。

• 故障排查：

  • 若LDO頻繁熱關斷，需檢查輸入輸出電壓差、負載電流、散熱條件。

  • 使用示波器觀察輸出電流/電壓波形，判斷是過流還是散熱問題。

常見LDO的規格示例

功能	典型參數	說明
限流閾值	1A~2A（如AMS1117-3.3）	需查閱具體型號手冊
熱關斷溫度	125°C~150°C（如TPS7A4700）	恢復溫度通常比關斷溫度低20°C~30°C

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通過合理利用限流和熱關斷功能，可以顯著提高LDO的可靠性和系統安全性。

壓差（Dropout Voltage）是LDO維持穩定輸出電壓所需要的最小輸入-輸出電壓差（Vin-Vout）,壓差越大，效率越低（Vout/Vin）

• 普通LDO：壓差通常在?0.5V~2V?之間，具體取決于工藝和設計。

  • 例如：AMS1117-3.3（壓差約1.1V@1A），HT7333（壓差約0.2V@100mA）。

• 超低壓差LDO（VLDO）：壓差可低至?50mV~200mV（如TPS7A系列）。

一般壓差與負載電流息息相關，負載電流越大LDO的壓差也會越大，對于LDO壓降越小效率越高發熱越少，但是成本也會越高，對于一些輸入電壓高的非敏感場景也可以采用低成本的高壓差LDO

設計法則：

計算最小輸入電壓：Vin≥Vout+Vdropout(max)

驗算功耗和溫升：P=(Vin-Vout)*Iload

選擇合適的封裝：一般DFN封裝的散熱優于SOT-23

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二、開關穩壓器（Switching Regulator）

通過高頻開關和儲能元件（電感、電容）實現高效電壓轉換，分為以下子類：

• 降壓（Buck）：輸入電壓 > 輸出電壓（如12V轉5V），效率可達90%以上。
  例子：LM2596、MP2307。

• 升壓（Boost）：輸入電壓 < 輸出電壓（如5V轉12V）。
  例子：XL6009、TPS61200。

• 升降壓（Buck-Boost）：輸入電壓可高于或低于輸出電壓（如鋰電池供電場景）。
  例子：LM3478、LT8705。

• 反激（Flyback）：隔離式拓撲，常用于AC-DC電源。

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三、電源管理集成電路（PMIC, Power Management IC）

• 功能：集成多種電源功能（如多路穩壓、充電管理、電量監測等），用于復雜系統供電。

• 特點：高集成度，簡化設計。

• 典型應用：智能手機、嵌入式系統、IoT設備。

• 例子：TI的TPS系列、高通PMIC芯片。

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四、 電荷泵（Charge Pump）

• 功能：通過電容儲能實現電壓升降（無電感），效率中等，功率較小。

• 特點：體積小、無噪聲（適用于敏感電路），但輸出電流有限。

• 典型應用：LED驅動、LCD偏壓、小功率升壓。

• 例子：LTC1044、MAX660。

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五、AC-DC轉換器

• 功能：將交流電（如220V AC）轉換為直流電（如5V/12V DC）。

• 拓撲結構：反激、正激、LLC諧振等。

• 典型應用：適配器、家電電源、工業電源。

• 例子：UC3842（PWM控制器）、OB2532（集成MOSFET）。

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六、DC-DC模塊（隔離/非隔離）

• 隔離型：輸入輸出電氣隔離（如1kV耐壓），用于工業、醫療設備。
  例子：TI的ISO系列。

• 非隔離型：常見于板級電壓轉換。

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七、電池管理芯片（BMS IC）

• 功能：充電管理（如鋰電池）、電量監測、保護（過充/過放）。

• 典型應用：移動設備、電動汽車、儲能系統。

• 例子：TP4056（充電）、BQ系列（TI）。

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八、其他特殊類型

• 熱插拔控制器：防止帶電插拔損壞電路（如服務器電源）。

• 數字電源IC：通過軟件配置參數（如數字PWM控制）。

• 多相控制器：用于CPU/GPU的高電流供電（如DrMOS方案）。

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選擇電源芯片的關鍵因素

• 輸入/輸出電壓范圍

• 輸出電流需求

• 效率與散熱要求

• 噪聲敏感度（如LDO vs 開關電源）

• 成本與封裝尺寸

根據具體需求（如效率、體積、成本）選擇合適的類型是電源設計的關鍵步驟

電源開關SGM2531