SGM2231负输出线性稳压器：特性、应用与设计要点

在电子设备的电源管理领域，线性稳压器扮演着至关重要的角色。今天我们要探讨的SGM2231，是一款由SGMICRO推出的-24V、-500mA、低噪声、高电源抑制比（PSRR）的负输出线性稳压器，它在众多应用场景中展现出了卓越的性能。

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一、产品概述

SGM2231是一款低功耗、低噪声、具有快速瞬态响应和低压差电压的线性稳压器，能够提供 -500mA 的输出电流。其工作输入电压范围为 -2.7V 至 -24V，可调输出电压范围为 -1.1V 至 (-VIN + VDROP)。此外，它还具备逻辑控制关机模式、短路电流限制和热关断保护等功能，并且在禁用状态下具有自动放电功能，可快速释放输出电压。该产品采用绿色UTDFN - 2×2 - 8CL封装，工作温度范围为 -40℃ 至 +125℃。

二、应用领域

SGM2231的高性能使其在多个领域都有广泛的应用：

1. 工业和医疗设备：在工业自动化和医疗电子设备中，对电源的稳定性和可靠性要求极高。SGM2231的低噪声和高PSRR特性能够为这些设备提供干净、准确的电源，确保设备的正常运行。
2. 通信和基础设施：通信设备对电源的性能要求也十分严格，SGM2231可以为通信模块、基站等提供稳定的电源，保证通信质量。
3. 精密放大器：精密放大器需要高精度的电源来保证其性能，SGM2231的高精度输出电压和低噪声特性正好满足这一需求。
4. ADC和DAC电路：在模拟 - 数字转换和数字 - 模拟转换电路中，稳定的电源是保证转换精度的关键。SGM2231能够为这些电路提供稳定的电源，提高转换精度。

三、产品特性

1. 电压参数

• 输入电压范围：-2.7V 至 -24V，能够适应不同的电源环境。
• 固定输出电压：提供 -1.1V、 -1.2V、 -1.5V、 -1.8V、 -2.5V、 -2.8V、 -3.0V、 -3.3V 和 -5.0V 等多种固定输出电压选项，方便用户选择。
• 可调输出电压：可在 -1.1V 至 (-VIN + VDROP) 范围内进行调节，满足不同的应用需求。
• 输出电压精度：在 +25℃ 时，输出电压精度为 ±1%，保证了输出电压的准确性。

2. 电流参数

• 输出电流：最大可提供 -500mA 的输出电流，能够满足大多数负载的需求。
• 静态电流：在无负载时，静态电流 (I_{GND} = -47 mu A)（典型值），降低了功耗。
• 关机电流：关机电流为 -1.2μA（典型值），进一步节省了功耗。

3. 其他特性

• 低压差电压：在 -500mA 输出电流、(V_{OUT} = -5.0V) 时，压差电压为 -230mV（典型值），提高了电源效率。
• 低噪声：在 (V{OUT} = -1.1V) 时，输出噪声为 (10 mu V{RMS})（典型值），减少了对其他电路的干扰。
• 高PSRR：在 10kHz、(V_{OUT} = -1.1V) 时，PSRR 为 -65dB（典型值），有效抑制了电源纹波。
• 保护功能：具备电流限制和热保护功能，提高了产品的可靠性。
• 使能逻辑：支持正或负使能逻辑，方便用户进行控制。
• 电容稳定性：使用小尺寸陶瓷电容即可保持稳定，降低了成本和电路板空间。

四、典型应用电路

SGM2231有固定输出电压版本和可调输出电压版本两种典型应用电路。在固定输出电压版本中，SENSE/ADJ 引脚直接连接到负载或 OUT 引脚；在可调输出电压版本中，通过外部电阻分压器连接到 SENSE/ADJ 引脚来设置输出电压。输入和输出端分别建议使用 2.2μF 的陶瓷电容，以保证电源的稳定性和滤波效果。

五、设计要点

1. 电容选择

• 输入电容（(C_{IN})）：输入去耦电容应尽可能靠近 IN 引脚放置，建议选择 2.2μF 或更大的 X7R 或 X5R 陶瓷电容，以获得良好的动态性能。当 (V_{IN}) 需要瞬间提供大电流时，需要使用大的有效输入电容，多个输入电容可以减少输入走线电感的影响。
• 输出电容（(C_{OUT})）：输出电容应尽可能靠近 OUT 引脚放置，同样建议选择 2.2μF 或更大的 X7R 或 X5R 陶瓷电容。SGM2231 能够保持稳定的 (C{OUT}) 最小有效电容为 1.5μF。由于陶瓷电容的有效电容会受到温度、直流偏置和封装尺寸的影响，因此在设计时需要考虑足够的余量。此外，较大电容和较低 ESR 的 (C{OUT}) 有助于提高高频 PSRR 和改善负载瞬态响应。

2. 可调稳压器设计

对于 SGM2231 - ADJ 可调输出电压版本，可以使用电阻分压器来设置输出电压。选择 (R{2}) 小于 110kΩ 以保持 10μA 的最小负载，输出电压可以通过公式 (V{OUT} = -1.1V × (1 + R{1} / R{2})) 计算。

3. 使能操作

SGM2231 的 EN 引脚用于在正常工作条件下启用或禁用 OUT 引脚。当使用自动启动时，将 EN 引脚连接到 IN 引脚。当 EN 相对于 GND 为 ±2.0V 时，设备处于激活状态；当 EN 为 0V 时，设备处于关机状态。此时，一个约 200kΩ 的放电电阻连接到 OUT 引脚，将 OUT 引脚拉高到 GND。EN 引脚具有双极性，使能电压可以为正或负，并且具有典型的滞后特性，可防止由于 EN 引脚噪声在阈值点附近引起的开关振荡。

4. 保护功能

• 反向电流保护：由于通晶体管具有固有的体二极管，当 (V{OUT} < (V{IN} - 0.3V)) 时，体二极管会正向偏置。如果预计会有长时间的反向电压操作，可能需要使用外部限制措施。
• 输出电流限制和短路保护：当发生过载事件时，输出电流会内部限制到 -1.2A（典型值）；当 OUT 引脚短路到地时，短路保护会将输出电流限制到 -410mA（典型值）。
• 热关断：当芯片温度超过热关断阈值时，SGM2231 将进入关机状态，直到芯片温度降至 +140℃ 才会恢复工作。

5. 功耗计算

SGM2231 的功耗 (P{D}) 可以通过公式 (P{D} = |V{IN} - V{OUT}| × I{OUT}) 计算。最大允许功耗 (P{D(MAX)}) 受多种因素影响，包括结温和环境温度差 ((T{J(MAX)} - T{A}))、从结到环境的封装热阻 ((theta{JA}))、环境气流速率和 PCB 布局等。(P{D(MAX)}) 可以通过公式 (P{D(MAX)} = (T{J(MAX)} - T{A}) / theta{JA}) 近似计算。

6. 布局指南

为了获得良好的 PSRR、低输出噪声和高瞬态响应性能，输入和输出旁路电容必须分别尽可能靠近 IN 引脚和 OUT 引脚放置。

六、总结

SGM2231作为一款高性能的负输出线性稳压器，凭借其低噪声、高PSRR、宽输入电压范围和丰富的保护功能，在工业、通信、医疗等多个领域都有广泛的应用前景。在设计过程中，合理选择电容、正确设置使能操作、充分利用保护功能以及优化 PCB 布局等，能够充分发挥 SGM2231 的性能优势，为电子设备提供稳定、可靠的电源解决方案。各位工程师在实际应用中，不妨多尝试这款产品，看看它能为你的设计带来怎样的惊喜。你在使用线性稳压器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。