线性稳压器系列 | 如何根据应用需求选择合适的线性稳压器

原作者：万丹

“针对不同的汽车应用需求，线性稳压器分成多种类型，除了通用型线性稳压器以外，还有后级线性稳压器、跟随器和电流检测型线性稳压器。每种类型分别有什么特点？在不同的应用中该如何选择？下面我们来详细说明。”

1.汽车应用中的电源供电结构概述

 

 

 

电源供电结构概览

汽车电子模块产品繁多，应用类型也是多种多样，每一个产品，每一类应用，都需要电源芯片。电源芯片，包括线性稳压器和DC/DC，在系统结构中通常处于前端，将整车电池电源转换为满足后端用电芯片需求的稳压源。于是，线性稳压器的选择，与用电芯片的类型和线性稳压器在供电结构中所处位置相关。
因机械结构的原因，系统上会存在板内用电芯片，如MCU、 通讯芯片（CAN, Ethernet switches）、存储芯片等，和板外用电芯片，如传感器芯片和天线。下面介绍怎么为这些不同的用电芯片选择合适的线性稳压器。


2.板内用电芯片电源推荐
系统上大多数的用电芯片都在板内，通常会用到通用型线性稳压器和后级线性稳压器为这些板内用电芯片供电。
a)什么情况下用通用型线性稳压器？
若系统仅需要1~2路电源轨（如5V，3.3V），那么使用1~2颗通用型线性稳压器即可。在这种应用场景下，线性稳压器的输入引脚是直接连在整车电池上的，所以对线性稳压器有如下要求：
1）更宽的输入电压范围，以支持系统满足行业测试标准（如LV124）的要求，并且在发动机点火（Cranking） 的应用场景下也能稳定工作；
2）更低的静态电流，以满足系统静态功耗要求。
通用型线性稳压器的如下参数表现能更好的满足上述要求：
1）3V – 40V的输入电压范围，对于适用于24V系统的通用型线性稳压器，输入最高电压可达60V；
例如：TLS820的输入电压范围

 

 

 

2）5µA ~ 40µA的静态电流表现
例如：TLS805的静态电流参数

 

  
b)什么情况下需要用到后级线性稳压器？

 当系统中需要多路电源轨，比如在Camera应用中，除了MCU 和CAN外，还需要2.5V和1.8V给Camera供电，推荐适用“DC/DC + 后级稳压器”的方案来提高电源效率。

例如：
同样一个系统，仅使用通用型LDO供电的情况下，功耗为12W：

  

 若使用DC/DC + 后级稳压器的供电结构，功耗可降至~4W：

 

  
由于后级线性稳压器的输入通常来自于一个DC/DC的稳定输出电压，后级线性稳压器的输入电压范围就不需要像通用型线性稳压器那么宽了，更有成本优势。
例如：TLS205的输入电压范围：

 

 

 

并且，后级线性稳压器的低输出噪声特性，也能够更好的满足Camera和RADAR应用对电源的低噪声要求。
例如：TLS208的输出表现

 

  

3.传感器电源推荐
我们推荐使用跟随器（Tracker）为传感器供电。
传感器的应用场景对电源的要求如下：
1）能支持系统实现更高的检测精度；
2）若是给板外传感器供电，则需要电源输出端有更高的鲁棒性，能承受输出端的短路需求。
跟随器的如下特点能更好地满足上述要求：
1）非常高的跟随精度，以保证传感器电源电压能高精度跟随MCU的ADC模块的参考电压，从而实现更高的检测精度；
例如：TLS105的跟随精度参数

 

  
2）输出端的耐压值更高，并集成限流功能，以支持承受输出端的对电源/对地短路需求。并且内置反向保护功能。适合给板外传感器供电。
例如：TLS105的各项耐压值（Absolute Maximum Rating）参数

 

  
跟随器的原理决定了它需要一个外部参考电压VADJ以保证输出，若是VADJ电压没有了，跟随器的输出也随之关断了。所以，跟随器的应用电路结构与通用型线性稳压器也有差异。

 

 

 

上图为通用型线性稳压器的应用电路结构，不需要参考电压VADJ。

 

 上图为跟随器的应用电路结构，需要参考电压VADJ。

4.天线电源推荐
我们推荐使用电流检测型线性稳压器为天线供电。
天线的应用场景对电源的要求如下：
1）能检测对天线的供电电流；
2）能监测天线的开路/短路状态，能调节供给电线的电流和电压；
3）由于是板外负载需要电源输出端有更高的鲁棒性，能承受输出端的短路需求。

目前有些应用中使用外部分立器件来搭建输出电流的检测电路，其缺点为：
1）分立电路结构复杂，包含器件数量多，每颗器件都会给检测系统带来误差，从而最终检测电路的检测精度相对较低；
2）分立器件数量多，占板面积大，而通常使用到天线的应用，如T-Box模块，eCall模块，尺寸都较小，PCB面积有限，分立电路的方案会增大PCB板设计的难度。

电流检测型线性稳压器的如下特点能更好地满足天线对电源的要求：
1）内置输出电流检测功能，能高精度检测输出电流值。
例如：TLF4277-2的检测精度为5%-10%

 

 2）内置可调节的输出限流功能，以达到调节输出电流目的。
这个输出限流的调节，是通过芯片引脚上连接的电阻来实现的。

 

 

 3）输出电压可调。

4）内置多种诊断功能，并通过状态脚反馈给MCU。
例如：TLF4277-2的诊断结果体现在CSO引脚电压上

 

 

 

5）输出端的耐压值更高，并集成限流功能，以支持承受输出端的对电源/对地短路需求。并且内置反向保护功能。适合给板外天线供电。
例如：TLF4277-2的各项耐压值（Absolute Maximum Rating）参数

 

 

 

以上便是对不同类型线性稳压器的特点和应用场景的详细介绍。