德州仪器TPS736xx系列LDO稳压器：特性与设计要点

在电子设计领域，低dropout（LDO）线性稳压器是电源管理中的重要组成部分。德州仪器（TI）的TPS736xx系列LDO稳压器，以其独特的特性和出色的性能，在众多应用场景中得到了广泛的应用。今天我们就来详细了解一下这个系列的产品。

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1. 产品概述与特性

1.1 产品家族与拓扑结构

TPS736xx系列包括TPS73601 - EP、TPS73615 - EP、TPS73618 - EP等多种型号。它采用了全新的拓扑结构，即电压跟随器配置中的NMOS传输元件。这种拓扑结构使得该系列稳压器在使用低ESR输出电容时能够保持稳定，甚至在没有输出电容的情况下也能正常工作，具有高反向阻断（低反向电流）的特性，并且接地引脚电流在所有输出电流值下几乎保持恒定。

1.2 关键特性总结

• 输出电压可调范围广：输出电压可在1.2 V至5.5 V之间进行调节，还可提供定制输出电压。
• 温度性能优越：具备 - 55°C至125°C的扩展温度性能，适用于各种恶劣环境。
• 低dropout电压：典型值仅为75 mV，能够有效降低功耗。
• 低噪声：典型输出噪声为$30 mu V_{RMS}$（10 Hz至100 kHz），非常适合对噪声敏感的电路，如VCOs。
• 高精度：初始精度为0.5%，在全电压、负载和温度范围内的整体精度为1%。
• 低静态电流：关机模式下的最大电流小于1 μA，非常适合便携式应用。
• 多种保护功能：具备热关断和指定的最小/最大电流限制保护，确保了产品的可靠性和稳定性。

2. 技术规格详解

2.1 绝对最大额定值

了解产品的绝对最大额定值对于正确使用和设计电路至关重要。TPS736xx系列的输入电压范围为 - 0.3至6 V，输出电压范围为 - 0.3至5.5 V，峰值输出电流内部受限，输出短路持续时间为无限。此外，其结温范围为 - 55至150°C，存储温度范围为 - 65至150°C，ESD等级方面，人体模型（HBM）为2 kV，带电设备模型（CDM）为500 V。在实际设计中，必须严格遵守这些额定值，以避免对器件造成永久性损坏。

2.2 功耗评级

不同的封装在不同的电路板设计下具有不同的功耗评级。例如，在低K和高K电路板设计中，DBV、DCQ和DRB等封装的热阻（$R{θJC}$和$R{θJA}$）、降额因子、功率评级等参数都有所不同。这些参数对于热设计至关重要，在设计PCB布局时，需要根据具体的应用场景和散热要求选择合适的封装和电路板设计。

2.3 电气特性

在电气特性方面，TPS736xx系列表现出色。输入电压范围为1.7至5.5 V，内部参考电压（TPS73601）在25°C时为1.2 V，输出电压范围可根据型号进行调整。其线路调节率和负载调节率都非常低，能够在输入电压和负载变化时保持稳定的输出电压。此外，其dropout电压低，输出阻抗在dropout状态下也较小，能够提供良好的负载瞬态响应。

3. 应用设计要点

3.1 电容器要求

• 输入电容：虽然输入电容对于稳定性不是必需的，但在实际设计中，建议在稳压器附近的输入电源两端连接一个0.1 - μF至1 - μF的低ESR电容。这样可以抵消反应性输入源，改善瞬态响应、噪声抑制和纹波抑制。如果预计会有大的、快速上升时间的负载瞬变，或者器件距离电源有几英寸远，则可能需要更高值的电容。
• 输出电容：TPS736xx系列在设计上不需要输出电容来保持稳定，并且在没有电容的情况下具有最大的相位裕度。不过，在某些特定情况下，如$V{IN}-V{OUT}<0.5$ V且多个低ESR电容并联时，如果$C_{OUT}$和总ESR的乘积低于50 Ω，可能会出现振铃现象。在大多数应用中，电容ESR和走线电阻的总和通常能够满足要求。

3.2 输出噪声

TPS736xx系列的输出噪声主要由内部带隙参考产生。在没有外部降噪电容$C{NR}$的情况下，输出噪声电压$V{N}=32 mu V{RMS}×frac{(R{1}+R{2})}{R{2}}=32 mu V{RMS}×frac{V{OUT}}{V{REF}}$。当连接外部降噪电容时，例如$C{NR}=10$ nF，在10 - Hz至100 - kHz带宽内的总噪声可降低约3.2倍。对于TPS73601可调版本，虽然没有降噪引脚，但从输出到FB引脚连接反馈电容$C_{FB}$可以降低输出噪声并改善负载瞬态性能。

3.3 电路板布局建议

为了提高PSRR、输出噪声和瞬态响应等交流性能，建议在电路板设计中为$V{IN}$和$V{OUT}$使用单独的接地平面，并且每个接地平面仅在器件的GND引脚处连接。此外，旁路电容的接地连接应直接连接到器件的GND引脚。

3.4 其他设计考虑

• 内部电流限制：TPS736xx的内部电流限制有助于在故障条件下保护稳压器。在输出短路时，折返功能可以通过降低电流限制来保护稳压器免受损坏。
• 关机功能：使能（EN）引脚为高电平有效，兼容标准TTL - CMOS电平。当$V{EN}$低于0.5 V（最大）时，稳压器关闭，接地引脚电流降至约10 nA。如果不需要关机功能，可将EN连接到$V{IN}$。
• dropout电压：该系列使用NMOS传输晶体管实现极低的dropout电压。在负载电流发生大的阶跃变化时，为了避免瞬态响应变差，需要$V{IN}$到$V{OUT}$有较大的电压降。
• 瞬态响应：NMOS传输元件在电压跟随器配置中提供的低开环输出阻抗，使得许多应用在没有输出电容的情况下也能正常工作。添加电容可以减少下冲幅度，但会增加持续时间。在可调版本中，从输出到调节引脚添加电容$C_{FB}$也可以改善瞬态响应。
• 反向电流：当传输元件的栅极被拉低时，TPS736xx的NMOS传输元件可提供对从稳压器输出到输入的电流流动的固有保护。在移除输入电压之前，必须将EN驱动为低电平，以确保传输元件的栅极上的所有电荷被移除。
• 热保护：当结温上升到约160°C时，热保护功能会禁用输出，使器件冷却。当结温冷却到约140°C时，输出电路再次启用。为了确保可靠运行，结温应限制在最大125°C。

4. 封装与订购信息

TPS736xx系列提供多种封装选项，如SOT - 23（DBV）、SOT - 223（DCQ）和SON（DRB）等。不同的封装在引脚数量、尺寸和热性能等方面有所不同。在订购时，需要根据具体的应用需求选择合适的封装和型号。同时，还需要注意产品的营销状态、MSL峰值温度、工作温度范围、器件标记等信息。

总之，TPS736xx系列LDO稳压器以其众多的优点和丰富的特性，为电子工程师在电源管理设计中提供了一个非常好的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求，综合考虑各种因素，充分发挥其性能优势，确保设计的可靠性和稳定性。你在使用类似的LDO稳压器时，有没有遇到过一些特别的设计挑战呢？欢迎在评论区分享。