电源芯片是电子系统中用于管理、转换和分配电能的集成电路，根据功能和应用场景的不同，主要分为以下几类：

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一、线性稳压器（LDO, Low Dropout Regulator）

LDO内部的基本电路情况如下：

LDO内部主要分为四大部件：取样部分、基准电压部分、误差放大部分和晶体管调整部分

这里的晶体管调整部分可以是MOS管也可以是三极管控制，区别在于最小压差区不一样，如果是MOS管的话，此时MOS是工作在饱和区的，即此时Id电流只受Vgs控制，工作在该区域的场效应管同一个Vds，不同的Vgs产生不同的Id,Vgs越大，Id约小，此时的场效应管相当于一个电压控制电流源，场效应管作为放大器件应用时，都工作在该区域，因此也叫放大区。

• 功能：通过线性调整输入电压来输出稳定的低压，效率较低（压差越大效率越低）。

• 特点：结构简单、噪声低、成本低，但发热量大。

• 典型应用：低噪声电路（如传感器、音频设备）、低压差场景。

• 例子：LM1117（1.8V  2.5V 3.3V  5V固定输出或者1.25V-13.8V可调输出，压降1.2V时最大800mA输出负载电流,SOT-223封装，带限流和热关断功能）、AMS1117、LT1086。

插播：

LDO的限流和热关断是什么作用？自放电功能

在LDO（低压差线性稳压器）中，限流（Current Limit）和热关断（Thermal Shutdown）是两项关键的保护功能，用于防止芯片因过载或过热而损坏。以下是它们的详细作用和工作原理：

1. 限流（Current Limit）

作用

• 限制LDO的输出电流，防止因负载短路或过载导致芯片或外部电路损坏。

• 避免因电流过大烧毁内部功率管（Pass Transistor）或PCB走线。

工作原理

• LDO内部通常有一个电流检测电路，当输出电流超过设定的阈值（如1.5A）时，反馈环路会主动降低输出电压或切断电流，将输出电流限制在安全范围内。

• 两种常见限流模式：

  • 恒流限流（Constant Current Limit）：电流超限后，输出电流保持恒定，电压下降（类似恒流源）。

  • 折返限流（Foldback Current Limit）：电流超限后，进一步降低电流阈值（如降至0.5A），减少芯片功耗，避免过热（但可能导致负载无法启动）。

典型表现

• 当负载短路时，输出电压降至接近0V，但电流被限制在安全值（如1A）。

• 若负载恢复正常，LDO会自动恢复输出。

注意

• 限流值需略高于负载的正常工作电流，避免误触发（例如：负载需1A，限流设为1.5A）。

2. 热关断（Thermal Shutdown）

作用

• 当芯片温度超过安全阈值（通常125°C~150°C）时，强制关闭输出，防止过热损坏。

• 保护LDO内部元件（如功率管、控制电路）因高温失效。

工作原理

• LDO内部集成温度传感器，实时监测芯片结温（Junction Temperature）。

• 当温度超过阈值，热关断电路触发，关闭功率管，停止输出电压。

• 温度降至安全范围（如100°C以下）后，芯片可能自动恢复（Auto-recovery）或需手动重启（如重新上电）。

典型场景

• 长时间大电流工作（如输入输出压差大，导致功耗 P=(Vin−Vout)×IoutP=(Vin​−Vout​)×Iout​ 过高）。

• 散热不良（如PCB布局无散热铜箔或环境温度高）。

注意

• 热关断是“最后防线”，设计时应通过优化散热（如加散热片、降低压差）避免频繁触发。

限流与热关断的协同关系

1. 限流先触发：若负载过流，限流电路首先动作，减少电流以降低功耗，可能避免温度进一步升高。

2. 热关断后备保护：若限流后仍无法控制温升（如环境温度过高），热关断最终生效。

实际设计中的考虑

• 避免误触发：

  • 限流值需留有余量（如负载峰值电流的1.2~1.5倍）。

  • 确保散热设计满足功耗要求（计算温升：Tj=P×RθJA+TambientTj​=P×RθJA​+Tambient​）。

• 故障排查：

  • 若LDO频繁热关断，需检查输入输出电压差、负载电流、散热条件。

  • 使用示波器观察输出电流/电压波形，判断是过流还是散热问题。

常见LDO的规格示例

功能	典型参数	说明
限流阈值	1A~2A（如AMS1117-3.3）	需查阅具体型号手册
热关断温度	125°C~150°C（如TPS7A4700）	恢复温度通常比关断温度低20°C~30°C

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通过合理利用限流和热关断功能，可以显著提高LDO的可靠性和系统安全性。

压差（Dropout Voltage）是LDO维持稳定输出电压所需要的最小输入-输出电压差（Vin-Vout）,压差越大，效率越低（Vout/Vin）

• 普通LDO：压差通常在 0.5V~2V 之间，具体取决于工艺和设计。

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

• 超低压差LDO（VLDO）：压差可低至 50mV~200mV（如TPS7A系列）。

一般压差与负载电流息息相关，负载电流越大LDO的压差也会越大，对于LDO压降越小效率越高发热越少，但是成本也会越高，对于一些输入电压高的非敏感场景也可以采用低成本的高压差LDO

设计法则：

计算最小输入电压：Vin≥Vout+Vdropout(max)

验算功耗和温升：P=(Vin-Vout)*Iload

选择合适的封装：一般DFN封装的散热优于SOT-23

LDO的特性：

1、输出自放电

LDO关闭后，负载电容上仍然有电量，在下次输出时，会因为电量，产生一个快速的Voltage Spike,对后级电路有破坏性，带自放电的功能的LDO能在LDO关闭输出后，泄放输出电容上的电量。

2、软启动

带软启动的LDO可以有效控制电流，使输出较平缓上升。软启动有助于减小启动时的浪涌电流和提供上电顺序，在SS和地引脚之间连接一个小的陶瓷电容。

3、EN信号

EN信号也要有一定的电流才能驱动，上拉电阻不要太大，100K以内基本没问题，Start-up时间是IC固定的，如果想要延时启动，在EN上接上一个大一些的电容到地，构成一个简单的RC电路。

4、假负载作用

有的LDO芯片有最低负载电流要求，如果低于最低负载电流，可能会出现系统不稳定的情况。

5、反馈对地电阻

保证最小对地泄放电流通路，维持最小对地电流。

6、降噪电容

基准电压PIN接个电压到地。可用于过滤内部电压基准产生的噪声（通常为0.1uF电容）形成RC滤波，还可以让LDO上电变缓，减小上电时的浪涌冲击。

7、前馈电容

前路补偿电容通常影响到环路的带宽，所以也是主要影响频带中的psrr功能，增加相位裕度改善负载瞬态响应。输出将减少振铃并更快稳定。

8、输入电容

输入电容的主要作用是对调整器的输入进行滤波，另外输入电容也可以抵消输入线较长时引入的寄生电感效应，防止电路产生自激振荡。一般取22uF左右。

9、输出电容

电压调制器的许多性能都受到输出电容的影响，其中电容值以及ESR对电路频率响应的影响最主要的。一般22uF左右。小电容提供消除高频噪声的作用，一般选用0.1uF。

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二、开关稳压器（Switching Regulator）

通过高频开关和储能元件（电感、电容）实现高效电压转换，分为以下子类：

• 降压（Buck）：输入电压 > 输出电压（如12V转5V），效率可达90%以上。
  例子：LM2596、MP2307。

• 升压（Boost）：输入电压 < 输出电压（如5V转12V）。
  例子：XL6009、TPS61200。

• 升降压（Buck-Boost）：输入电压可高于或低于输出电压（如锂电池供电场景）。
  例子：LM3478、LT8705。

• 反激（Flyback）：隔离式拓扑，常用于AC-DC电源。

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三、电源管理集成电路（PMIC, Power Management IC）

• 功能：集成多种电源功能（如多路稳压、充电管理、电量监测等），用于复杂系统供电。

• 特点：高集成度，简化设计。

• 典型应用：智能手机、嵌入式系统、IoT设备。

• 例子：TI的TPS系列、高通PMIC芯片。

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四、 电荷泵（Charge Pump）

• 功能：通过电容储能实现电压升降（无电感），效率中等，功率较小。

• 特点：体积小、无噪声（适用于敏感电路），但输出电流有限。

• 典型应用：LED驱动、LCD偏压、小功率升压。

• 例子：LTC1044、MAX660。

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五、AC-DC转换器

• 功能：将交流电（如220V AC）转换为直流电（如5V/12V DC）。

• 拓扑结构：反激、正激、LLC谐振等。

• 典型应用：适配器、家电电源、工业电源。

• 例子：UC3842（PWM控制器）、OB2532（集成MOSFET）。

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六、DC-DC模块（隔离/非隔离）

• 隔离型：输入输出电气隔离（如1kV耐压），用于工业、医疗设备。
  例子：TI的ISO系列。

• 非隔离型：常见于板级电压转换。

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七、电池管理芯片（BMS IC）

• 功能：充电管理（如锂电池）、电量监测、保护（过充/过放）。

• 典型应用：移动设备、电动汽车、储能系统。

• 例子：TP4056（充电）、BQ系列（TI）。

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八、其他特殊类型

• 热插拔控制器：防止带电插拔损坏电路（如服务器电源）。

• 数字电源IC：通过软件配置参数（如数字PWM控制）。

• 多相控制器：用于CPU/GPU的高电流供电（如DrMOS方案）。

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选择电源芯片的关键因素

• 输入/输出电压范围

• 输出电流需求

• 效率与散热要求

• 噪声敏感度（如LDO vs 开关电源）

• 成本与封装尺寸

根据具体需求（如效率、体积、成本）选择合适的类型是电源设计的关键步骤

电源开关SGM2531