汽車與工業應用之寬輸入電壓線性穩壓器 (LDO) RT9068

摘要

立錡科技提供了寬輸入電壓範圍的線性穩壓器和 DC/ DC 轉換器產品，以滿足工業、汽車與電信應用所需之高性能電源系統的需求。由於這些應用所處的環境變異較大，如汽車應用在高電壓源（12V 或 42V）上會有大電壓的瞬變，而電信應用的電源通常是 48V，但瞬間可能會到 72V等，都為其電源管理的設計帶來艱難的挑戰。這些應用的電源電路之輸入電源常是高電壓，很多時候卻須維持僅消耗數毫安 (mA) 之低功率監測狀態。立錡科技之寬輸入電壓線性穩壓器的工作電壓高達 60V，是一個非常理想的解決方案；且其輸入端不需加保護元件，使設計更加穩健耐用，能提昇系統可靠性，並可降低系統之成本和尺寸。以下將會介紹立錡之寬輸入電壓 (Vin) LDO的特殊性能，如輸出不易受輸入瞬態變化的影響、不需兩級轉換就能達到高效率、且有好的 PSRR 之低噪音性能等。

立錡科技寬輸入電壓 LDO 之簡介

RT9068 是一個適用於高電壓之低壓差線性穩壓器，並採用散熱增強型SOP-8封裝；輸入電壓範圍為 4.5V至60V，輸出電流可高達 50mA。在50mA的輸出電流時，RT9068 的最大壓差僅為 230mV。一般操作時，SHDN 接腳是在低電位 (LOW)，RT9068的靜態電流僅為 30μA。SHDN 接腳拉至高電位 (HIGH) 時 (甚至會到60V)，則會進入低功耗的關閉狀態，此時的靜態電流可低至僅 2μA。RT9068提供四種不同輸出電壓的版本，有可調整輸出電壓及固定輸出電壓 2.5V、3.3V 和 5V 等。
此外，只需分別在輸入和輸出端的外部加上至少 1μF的旁路電容，即可確保系統穩定。且可使用低 ESR 的小型陶瓷電容，而不用像某些穩壓器仍需串聯額外的電阻。

汽車應用

為了管理汽車中複雜的電子系統，汽車的微控制器 (MCU) 常內含一或多個處理器及數個下列的模組：如 SRAM，快閃記憶體 (Flash)，振盪器，PLL，AD轉換器，I / O（CAN，LIN，以太網，USB等）和電源管理。在汽車應用中，新系統的電源電壓將從原本的12V 變為 42V，但兩者都可能會有超過60V的瞬態變化；所以，有彈性與簡單的電路板設計可降低其開發成本和風險。在汽車的 MCU中，會有一個內部穩壓器，以提供 IP 模組所需穩定的 3.3V 電源。因為功耗的限制，內部穩壓器只能提供最大約 50mA 的電流，足以供應快閃記憶體，振盪器和 PLL 等。汽車應用中可能會有從 25V 至 60V 的高瞬態尖峰脈衝電壓，而 RT9068 系列的最大輸入電壓有 60V，故非常適合車用。 RT9068 可直接接電池電源，可避免輸入電源的瞬態變化損壞內部穩壓器或是負載。而即使電池反接，RT9068也可以防止反向電流損壞敏感的負載電路。RT9068 系列的電路簡單、成本較低，很適合用於抑制輸入的尖峰脈衝。

圖一、有負載突降瞬變之汽車應用的微控制器電源程序

在許多現代汽車的子系統中，微控制器常是一個常通的電路。而所有常通的電路所消耗的總電流必須低於數毫安 (mA)。如果有不需要的子系統時，可讓 RT9068進入關閉 (SHDN) 狀態，更加省電。

多節電池組

在工業應用中，由多節電池串聯在一起的電池組可能會有高達 55V 的瞬態電壓。這些電池組的內部有電路來防止會損壞微控制器的過流 (overcurrent) 和過壓 (overvoltage) 的情況發生；而同時，微控制器會持續地監測電池本身。但因此種方式無法均衡電池，所以會降低電池壽命。最好的微控制器供電方式是先將多節電池組的電壓降低，並使每個電池平均放電。RT9068 因有高輸入電壓，及極低的靜態電流能延長電池使用時間，所以是一個非常適合此應用的穩壓器。

圖二、由多節電池組供電微控制器

馬達驅動之電動工具

在如馬達等高功率的應用中，會有一 MCU 來控制由電池供電的馬達。MCU 需要一個低電壓電源，所以必須將多節電池組的高電壓轉換成低電壓，以供 MCU 之用。除此之外，也必須保護此 MCU 不受馬達電感產生之高電壓瞬變的影響。因 RT9068 有低靜態電流、高輸入電壓及具低系統成本，所以非常適合作為控制馬達之 MCU的電源。

圖三、由MCU控制之馬達所驅動的電動工具

電信應用

在電信應用中，作為監測用之維生電路的電源是48V；其靜態電流規格非常重要，尤其是當輸入端發生故障，備用電池開始運作以保持輸出有效時。在電信應用中，輸入電源是48V，但有時會有高達 72V 的瞬態電壓。在工業應用中，很長的高壓電線會造成瞬態尖峰脈衝電壓的範圍更大；從輸出端反向輸入（- 60V至0V）的情形也是有可能的。而針對這樣情形下，RT9068 能提供最佳的解決方案，因為 RT9068 本身可防止電流從輸出端流到輸入端，而且不需要外加保護二極體。

圖四、RT9068 用於典型的電信應用中

NPN 電晶體適用於高電流之應用

利用可調整輸出電壓之元件，如 RT9068GFP，並外加一 NPN 輸出電晶體，就可提供更高的輸出電流和 (或) 增加輸出功率。 將 VOUT 用來驅動電晶體的基極，而接腳 SENSE 和 (或) FB 則監測實際的輸出電壓，如圖五所示。

圖五、RT9068 驅動高輸出電流的應用

LED 驅動器之應用

RT9068可用來驅動數個串聯連接的 LED 燈串，如圖六所示。將 PWM 調光信號輸入於 SHDN 接腳，就可以調變由串聯之 LED 串構成的陣列的光強度。因此，可用 RT9068 來設計一低成本、高輸入電壓之 LED 驅動器。

圖六、RT9068於LED陣列驅動器的應用

總結

RT9068 不僅封裝小，也具有卓越的性能。它可以在高電壓輸入電源下，提供低電壓；在過去，若是相同的應用，都必須預先在外部調節電壓，或用較複雜的交換式電源等方式才能辦到。RT9068 具有低靜態電流，可減小功率消耗；若進入關閉狀態，則可更進一步降低功耗。無論使用何種輸出電容，甚至是小型陶瓷電容，它都能提供穩定的輸出電壓。RT9068內部具有保護電路，所以不需外部的保護二極體。8接腳的散熱增強型 MSOP 封裝能提供更低的熱阻，使其能容忍並適用在各樣的工作環境。

在許多通信、汽車和工業系統的應用中，常需將高達 60V，甚至是 80V 這樣的寬輸入電壓轉換成 24V/12V/5V 或更低的電壓，以作為電子系統的電源。而在許多12V和24V 的系統中，也常會有接近80V 的電壓瞬變，因此在設計上都需要特別留意。

RT9068提供了業界最全面的寬輸入電壓範圍 (可至60V)，且不需在輸入端加上外部保護元件，因此可降低成本和整體的尺寸，並且還能提高系統的可靠性。此外，此元件可應用於多種電壓源，因此具有很好的可擴展性，即可以重覆使用功率轉換器的設計。

參考資料