零负载工作

2018-10-23 16:01:50

1393 稳压器负载

　　作为一名应用工程师，我经常被问及有关稳压器空载工作的问题。大多数现代 LDO 和开关稳压器均能在空载的情况下稳定工作，那么，人们为什么还要再三询问呢？一些老式的功率器件要求具有最小的负载以保证稳定性，因为其中一个必须得到补偿的电极受有效负载电阻的影响。例如，图 A 显示，LM1117 至少需要 1.7 mA 的负载电流（最大 5 mA）。

　　图 A. LM1117 最小负载电流规格

　　大多数新型器件均能在无负载的情况下工作，对于这一规则，极少有例外情况。一些设计技术使得 LDO 在使用任何输出电容（尤其是低 ESR 电容）的情况下都能保持稳定状态，它们也用于保障器件在无负载情况下的稳定性。对于少数需要负载的现代器件，这一限制一般是通过旁路元件的漏电流造成的，而不是稳定性原因造成的。那么，您如何辨别呢？请参阅数据手册。如果器件需要最小负载，数据手册必定会提供一些信息。
　　ADP1740 和其他低电压、高电流 LDO 都属于这一类。在最糟糕的情况下，集成电源开关产生的漏电流大约是 100  µA(85°C) 和 500  µA(125°C)。在无负载的情况下，漏电流会对输出电容充电，直到开关的 VDS 低到足以将漏电流减小至可以忽略不计的水平，同时增加空载输出电压。数据手册指出，至少需要 500 ?A 的负载，因此，如果器件要在高温下工作，则建议使用仿真负载。该负载小于设备的额定值 2 A。图 B 显示了 ADP1740 数据手册中列出的最小负载电流规格。

　　图 B. ADP1740 最小负载电流规格。
　　如果数据手册中未明确指出最小负载，该怎么办？在大多数情况下，是不需要最小负载的。虽然听起来可能不太令人信服，但是，如果需要最小负载，数据手册中肯定会提供此类信息。然而，困惑往往随之而来，因为数据手册中通常使用图表来显示某个工作范围的规格。大多数这些图表采用对数形式，这使得它们可以显示数十年的负载范围，但是，对数刻度不能变为零。图 C 显示了 ADM7160 在 10 ?A 到 200 mA 范围内的输出电压以及接地电流和负载电流。其他图表，例如接地电流与输入电压，显示了多个负载电流时的测量结果，但并未显示电流为零时的数据。此外，PSRR、电源电压调整率、负载调整、噪声等参数指定了某个不包括零的负载电流范围，如图 D 所示。但是，这绝不意味着需要最小负载。


　　图 C. ADM7160 输出电压以及接地电流和负载电流。

　　图 D. ADM7160 负载调整。
　　用户如果使用具有省电模式 (PSM) 的开关稳压器，则往往会担心稳压器在轻负载时的工作情况，因为 PSM 会减少工作频率、跳脉、提供脉冲群或出现这些情况的某种组合。在轻负载的情况下，PSM 会减少功耗，提高效率。其缺点在于输出纹波会显着增加，但是，器件仍可保持稳定状态，并且可以在空载时轻松工作。
　　如图 E 中所示，当负载在 800 mA 与 1 mA 之间切换时，ADP2370 高电压、低静态电流降压稳压器因 PSM 工作产生了更多的纹波。测试是在 1 mA 时完成的这一事实并不代表 1 mA 就是最小负载。

　　图 E. 省电模式下的 ADP2370 负载瞬态。
　　图 F 显示了随负载电流变化的纹波电压。在该例中，图中所示的纹波电压一直降到零，表明负载可以为零，并且空载时的噪声不会比电流为 1 mA 或 10 mA 时的噪声更糟糕。

　　图 F. ADP2370 输出纹波与负载电流。
　　结论
　　大多数现代稳压器均能在零负载电流的情况下稳定地工作，若存有疑问，可参考数据手册。尽管如此，仍要注意。对数图表无法归零，且测试并非总是在零负载电流的情况下进行，因此，尽管未显示空载数据，您也不应推断出稳压器无法在空载情况下正常工作。使用开关稳压器时，在省电模式下出现纹波是正常的，并非意味着不稳定。