ULDO在上網本電源中的應用

    未來的4C產品標榜低價、輕薄且具備移動上網功能，因此其電源設計方案必須擺脫傳統的限制。這些限制包括外部零件和線路煩瑣復雜，較高的輸出噪音和待機功耗，以及不夠平易近人的BOM成本等。
    為此，亞瑟萊特科技特別針對上網本(netbook)應用推出極具簡化外圍組件的電源IC和超低壓差的1A-7A ULDO(超低壓差線性穩壓器)AX661x系列和DC/DC同步降壓轉換器AX312x，以使產品能達到輕巧與省電的要求，并據此來提供基于Intel ATOM和VIA NANO平臺配置電源所需的各種低電壓轉換要求的穩定供電方案，比如在IIC2009深圳站上就展示了一款基于VIA處理器的上網本電源方案。它們包括1.5V轉1.2V穩定供給藍牙或無線電源模塊所需的1A-2A電源管理方案或1.8V/1.5V轉1.1V供給集成的Chipset PCH (Platform Controller Hub)的1A-7A動態電源，可將外部所需要的組件減到最少，并且具備比傳統開關穩壓器低得多的紋波噪聲。
    亞瑟萊特的電源IC產品線已具備讓上網本客戶實現一站式采購。如圖1所示，亞瑟萊特針對上網本電源或其它模擬單元的total solution還提供：直流風扇控制單元AX993/995，USB2.0/USB3.0保護開關元件AX8201，DDR2/DDR3供電方案AX1250/1251/1252，霍爾開關AX8101以及預計09年Q4量產的高集成度PMU－AX3201。

ULDO的特性
    LDO是一種用途極為廣泛的IC，它的優點有：電路架構簡單、輸出紋波很低、外部組件少而簡單等。一般的LDO架構為：一個誤差放大器（Error Amplifier）驅動一個P型MOSFET，利用回饋到參考電壓做比較，使輸出保持在正確的電壓。但是當系統設計人員需求的是超低壓差、低輸出電壓（0.8-1.8V）、高輸出電流時，用傳統單電源、P-MOSFET的架構來設計LDO就變得相當困難。因此，亞瑟萊特的AX661x系列ULDO采用N型MOSFET來當驅動器，以相同大小的驅動器來說，N-MOSFET的驅動特性一般來說是優于P型MOSFET。但在低輸入電壓時，N-MOSFET的驅動特性又顯不足，且可能不適合整個IC的工作電壓。為此，亞瑟萊特設計了另一組電源輸入用以提供IC穩定的工作電壓，并且大大提升N-MOSFET的驅動能力。藉此方法獲得低電壓輸入轉換低電壓輸出并且能驅動大負載電流。

圖1：AXElite提供基于Intel ATOM平臺的電源方案。

為何在上網本電源上采用ULDO? 
    AX661x系列為具備大電流、極低壓差、低紋波且兼具極低待機功耗(30?A以下)的線性電壓轉換器，輸入電壓最低可由1.1V到最高5伏特，輸出電壓可以依需要調整最低0.8伏特到最高3.3伏特，主要應用于低電壓輸入輸出的應用。
    AX661x提供高抗噪聲功能(其PSRR達-65dB)及穩定的工作電壓，具備快速的輸出電壓瞬時響應，而且提供Power-OK輸出功能，方便提供電源偵測，輸出電容可適用于固態電容(AL/Tantalum-Cap.)及多層陶瓷電容，其內部具有完整的系統保護功能包括軟啟動(Soft-Start) 、欠壓鎖定(UVLO) 、短路保護(SCP) 、過溫保護(OTP)及過電流保護(OCP)功能而無需使用外部多余組件，使電路設計得到了極大的簡化。AX661x采用底部無遮蔽墊的SOP-8LEP無鉛封裝，具有散熱片將熱傳導至印刷電路板上以大幅降低組件表面溫度，因此非常符合移動上網應用的低功耗需求。

圖2：AX661x系列IC的功能原理圖。

    圖2所示是AX661x產品的原理圖。該系列產品設計皆采用雙電源架構來設計，電源VIN為用作輸出轉換來源，VCNTL為內部電路所使用的電源。再搭配使用N-MOSFET驅動，AX661x參考電位設計在0.8伏特，因此最低的可輸出電壓可達0.8伏特。它的輸出電壓具有1毫秒的軟啟動時間，可大幅降低開機時的突波電流。輸入電壓VIN、VCNTL皆具有過低電壓偵測功能，當輸入電壓過低時會停止輸出，可避免IC端與后方系統端的功能誤動作。此外，為了確保后端系統所得電壓正確無誤，其具有POWER-OK腳位，用以提供后端系統警示。本身IC內部具備90歐姆的放電電阻，在輸出關閉時會啟用，具有自我快速放電功能。過電流保護電路，會在電流超過安全范圍時予以限制。若當輸出處于短路狀態時，另將啟動輸出周期性開啟機制，不讓輸出電流持續處于高壓差且限電流值的狀態（因為此時的發熱功率最大）直到短路狀態被解除。在持續重載或大跨壓下，熱量會持續累積，溫度會上升，當到達最高溫容許值時，會啟動過溫保護功能，此時會關閉輸出，以避免IC燒毀，直到溫度回到回復點，此時輸出將會被重啟。
    此外，亞瑟萊特也已在今年推出比AX661x系列擁有更高耐電壓(達到24V額定電壓)并且保有大電流輸出的AX1201-AX1204系列ULDO方案，其高耐壓的特性非常適合移動上網應用的5V或12V低失真電源需求。

作者：王福基　亞瑟萊特科技　策略行銷經理   來源：電子工程專輯 ■