AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

发布时间:2026-10-09 16:01
作者:AMEYA360
来源:ROHM
阅读量:182

  ROHM(罗姆)成立于1958年,总部位于日本京都,是全球知名半导体制造商,深耕功率半导体与碳化硅(SiC)技术多年,拥有自研 SiC 工艺与迭代升级的第四代、第五代 SiC 器件。ROHM SiC 产品以超低导通电阻、极低开关损耗、高耐温与高可靠著称,覆盖 SiC 肖特基势垒二极管(SiC-SBD)、SiC MOSFET、全 SiC 功率模块及混合 SiC 模块等,广泛应用于新能源汽车、光伏逆变、储能、充电桩、工业电源、服务器电源、UPS、电机驱动等大功率高性能场景。在 SiC-SBD 方面,ROHM 已量产 650V、1200V 产品,并持续开发 1700V 等更高耐压器件。

  Ameya 作为 ROHM 官方授权代理商,全权承接 ROHM 全系列高性能 SiC 器件,可为客户提供原厂正品现货、样品申请、批量供货、BOM 配套、替代料建议、精准选型、交期管理及全程售后技术服务。

  继SiC功率元器件的概述之后,将针对具体的元器件进行介绍。首先从SiC肖特基势垒二极管开始。

  SiC肖特基势垒二极管和Si肖特基势垒二极管

  下面从SiC肖特基势垒二极管(以下简称“SBD”)的结构开始介绍。如下图所示,为了形成肖特基势垒,将半导体SiC与金属相接合(肖特基结)。结构与Si肖特基势垒二极管基本相同,其重要特征也是具备高速特性。

  而SiC-SBD的特征是其不仅拥有优异的高速性还同时实现了高耐压。要想提高Si-SBD的耐压,只要增厚图中的n-型层、降低载流子浓度即可,但这会带来阻值上升、VF变高等损耗较大无法实际应用的问题。因此,Si-SBD的耐压200V已经是极限。而SiC拥有超过硅10倍的绝缘击穿场强,所以不仅能保持实际应用特性且可耐高压。

  ROHM的650V和1200V的SiC-SBD已经实现量产,1700V产品正在开发中。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  SiC-SBD和Si-PN结二极管

  通过Si二极管来应对SBD以上的耐压的是PN结二极管(称为“PND”)。下图为Si-PN二极管的结构。SBD是仅电子移动,电流流动,而PN结二极管是通过电子和空穴(孔)使电流流动。通过在n-层积蓄少数载流子的空穴使阻值下降,从而同时实现高耐压和低阻值,但关断的速度会变慢。

  尽管FRD(快速恢复二极管)利用PN结二极管提高了速度,但尽管如此,trr(反向恢复时间)特性等劣于SBD。因此,trr损耗是高耐压Si PN结二极管的重大研究项目。此时,开关电源无法对应高速的开关频率也是课题之一。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  右上图表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐压的覆盖范围。可以看出SiC-SBD基本覆盖了PND/FRD的耐压范围。SiC-SBD可同时实现高速性和高耐压,与PND/FRD相比Err(恢复损耗)显著降低,开关频率也可提高,因此可使用小型变压器和电容器,有助于设备小型化。

  以下是1200V耐压SiC-SBD技术规格的一部分。后续将针对主要特性进行介绍。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  面对SiC-SBD和Si-PND的特征进行了比较。接下来比较SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性。反向恢复特性是二极管、特别是高速型二极管的基本且重要的参数,所以不仅要比较trr的数值,还要理解其波形和温度特性,这样有助于有效使用二极管。

  SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性的不同

  首先,反向恢复或恢复是指二极管在呈反向偏置状态时,无法立即完全关断,有时会出现反向电流的现象。trr是其反向电流的流动时间。此时,前文提到SiC-SBD的trr比包含Si-FRD在内的Si-PND高速。下面我们来了解其原因和实际特性。

  简单地说,trr的速度和反向恢复特性的不同是因为二极管构造不同。这就需要谈到在半导体中移动的电子和空穴。先通过波形图来了解SiC-SBD和Si-PND反向恢复特性的不同。

  右侧波形图为SiC-SBD和高速PND即Si-FRD反向恢复时的电流和时间。从波形图可见红色的SiC-SBD反向电流少,trr也短。顺便一提,本特性因为反向电流的损耗而需要进行研究探讨。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  在这里,通过各二极管的断面图进行介绍。下图为Si-PND的偏置从正向偏置转换为反向偏置时电子和空穴的移动。

  正向偏置时注入载流子,通过空穴和电子的重新结合使电流流动。如果是反向偏置的话,n层的空穴(少数载流子)会花些时间返回p层,到完全返回为止(一部分因为寿命而消失)均有电流流动。这就是反向恢复电流。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  第2个图为SiC-SBD转换为反向偏置时的示意图。因肖特基势垒结构而不存在PN结,所以没有少数载流子,在反向偏置时n层的多数载流子(电子)只需要返回,因此只需要很少的反向恢复时间,其关断时间比PND明显缩短。

  这种反向恢复时间的差异均因为二极管结构。因此,Si-SBD的反向恢复也是高速。然而,Si-SBD现状的耐压界限是200V左右,在比其更高的电压下不能使用。而使用SiC的话,可以做出超过600V的高耐压SBD。这就是SiC-SBD的一大优点。

  下面是反向恢复特性的温度依赖性和电流依赖性相关数据。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  上段的波形图和图表表示不同温度的不同反向恢复特性。Si-FRD的温度上升时载流子浓度也随之上升,因此需要相应的反向恢复时间。随着室温的增高,反向电流和trr也会变大。而SiC-SBD因为SiC本身基本上没有温度依赖性,所以反向电流特性基本没有变化。将trr的差制作了右上的图表,通过对两种Si-FRD的比较,发现SiC-SBD的trr基本上不存在温度依赖性。

  下段的波形图表示与正向偏置时的正向电流IF的关系。由波形图可观察到SiC-SBD几乎不受影响。

  最后,虽然前面表述为SiC–SBD几乎没有反向电流,在波形图里可明显看出SiC-SBD比Si-FRD少很多,但也不是一点没有。这是因为二极管中寄生的结电容带来的影响。因此,SiC-SBD与Si-PND相比,反向电流并不是零,而是明显减少。

  前面对SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性进行了比较。下面对二极管最基本的特性–正向电压VF特性的区别进行说明。

  SiC-SBD和Si-PND正向电压特性的区别

  二极管的正向电压VF无限接近零、对温度稳定是比较理想的,但事实是不是零、并会受温度影响而变动。为了使大家了解SiC-SBD的VF特性,下面与Si-PND的FRD(快速恢复二极管)进行比较。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  下图是相对于SiC-SBD和Si-FRD的正向电流IF的VF特性图。是从25℃到200℃按8个级别的温度条件测量的数据。

  SiC-SBD随着温度的上升,IF开始流动,VF有些下降,但因电阻上升,斜率变缓和,在正常使用范围的IF下,VF上升。

  Si-FRD随着温度的上升,VF单纯地下降。如图中的线条轨迹所示,无论哪个温度,斜率基本相同,VF单纯下降。

  这些特性取决于其各自的物理特性和结构,但也各有各的优缺点。刚才提到理想的二极管。那么,Si-FRD的VF随着温度升高而下降,传导损耗减少,看起来好像是好事,但随着VF的下降,IF增加,即使损耗略有下降,但发热増加量更胜一筹,甚至可能陷入VF下降、IF增加的热失控状态。

  而SiC-SBD随着温度升高,VF变高,不会热失控。但是VF上升,因此具有IFSM(瞬间大电流耐受能力)比Si-FRD低的缺点。

  SiC-SBD的VF特性改善

  为提升具有卓越本质的SiC-SBD的特性,使之更加易用,开发了VF降低的新一代产品。ROHM开发了第2代系列产品。ROHM的第1代产品及其他公司类似产品的VF当IF=10A时为1.5V,而第2代产品的VF低至1.35V。下图是参考值,是25℃和125℃时的IF vs VF示意图。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  红色线条是ROHM第2代SiC-SBD的VF特性。

  trr和VF损耗相关的研究

  本篇介绍了SiC-SBD和Si-FRD的VF特性区别,下面看一下包括前篇的trr特性在内的损耗相关内容。

  为对SiC-SBD进行说明,对trr和VF进行了与Si-PND(FRD)的比较,这是有原因的。左下图是本章开头对Si二极管和SiC二极管的耐压范围进行说明时使用的。关键在于,Si-PND/FRD和SiC-SBD的耐压范围基本相同,可用于相同应用。SiC-SBD是新的元器件,换个说法可以说,现有Si-PND/FRD覆盖的范围基本上都可以用SiC-SBD替换。

  尤其是高速性很重要的应用等,在Si-FRD和SiC-SBD两者间权衡时,要想选出最适当的二极管,需要理解两者的特性。另外,毋庸置言,在探讨事项中“损耗降低”是最重要的课题。

  前篇的trr对应开关损耗,本篇的VF对应传导损耗。关于Si-FRD和SiC-SBD,右下图是这两种损耗的情况。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?

  trr越快VF越低,综合损耗越小。Si-FRD是trr越快,VF反而增加。而第2代SiC-SBD在保持传统SiC-SBD高速trr的基础上,将VF从1.5V降低到1.35V。

  在目前情况下,功率Si-FRD和SiC-SBD中,第2代SiC-SBD最具有降低损耗的可能性。

  Ameya:ROHM 代理商,助力 SiC-SBD 落地

  Ameya 作为 ROHM 官方授权代理商,全权承接 ROHM 全系列高性能 SiC 器件,可为客户提供原厂正品现货、精准选型、技术方案支持、样品申请及全程售后配套服务。

  ROHM SiC 产品包括:

  ROHM SiC 肖特基势垒二极管(SiC-SBD)

  ROHM SiC MOSFET

  ROHM 全 SiC 功率模块、混合 SiC 模块

  SiC 功率元器件可广泛应用于新能源汽车、光伏逆变、储能、充电桩、工业电源、服务器电源、UPS、电机驱动等领域。具体型号、电压/电流等级、封装与参数,请以 ROHM 最新数据手册为准。

  Ameya 作为 ROHM 代理商,欢迎联系获取 ROHM SiC-SBD 产品选型手册、样品与供应支持。

AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近,为何SiC能突破200V耐压极限?


(备注:文章来源于网络,信息仅供参考,不代表本网站观点,如有侵权请联系删除!)

在线留言询价

相关阅读
AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇:为何SiC能成为新能源主力器件?
  ROHM 深耕碳化硅技术多年,拥有自研工艺与迭代升级的第四代、第五代 SiC 器件,凭借超低导通电阻、极低开关损耗、高耐温高可靠的核心优势,在全球 SiC 功率器件领域稳居领先地位,产品性能远超行业常规水准,广泛适配高端工业、新能源、服务器电源等大功率高性能场景。  AMEYA为ROHM官方授权代理商,全权承接ROHM全系列高性能SiC器件,可为客户提供原厂正品现货、精准选型、技术方案支持、样品申请及全程售后配套服务。  何谓碳化硅  碳化硅(SiC)是比较新的半导体材料。一开始,我们先来了解一下它的物理特性和特征。  SiC的物理特性和特征  SiC是由硅(Si)和碳(C)组成的化合物半导体材料。其结合力非常强,在热、化学、机械方面都非常稳定。SiC存在各种多型体(多晶型体),它们的物理特性值各有不同。4H-SiC最适用于功率元器件。下表为Si和近几年经常听到的半导体材料的比较。  表中黄色高亮部分是Si与SiC的比较。蓝色部分是用于功率元器件时的重要参数。如数值所示,SiC的这些参数颇具优势。另外,与其他新材料不同,它的一大特征是元器件制造所需的p型、n型控制范围很广,这点与Si相同。基于这些优势,SiC作为超越Si限制的功率元器件用材料备受期待。  SiC功率元器件的特征  SiC比Si的绝缘击穿场强高约10倍,可耐600V~数千V的高压。此时,与Si元器件相比,可提高杂质浓度,且可使膜厚的漂移层变薄。高耐压功率元器件的电阻成分大多是漂移层的电阻,阻值与漂移层的厚度成比例增加。因为SiC的漂移层可以变薄,所以可制作单位面积的导通电阻非常低的高耐压元器件。理论上,只要耐压相同,与Si相比,SiC的单位面积漂移层电阻可低至1/300。  Si 功率元器件为改善高耐压化产生的导通电阻増大问题,主要使用IGBT(绝缘栅极双极晶体管)等少数载流子元器件(双极元器件)。但因为开关损耗大而具有发热问题,实现高频驱动存在界限。由于SiC能使肖特基势垒二极管和MOSFET等高速多数载流子元器件的耐压更高,因此能够同时实现 “高耐压”、“低导通电阻”、“高速”。  此时,带隙是Si的约3倍,能够在更高温度下工作。现在,受封装耐热性的制约可保证150℃~175℃的工作温度,但随着封装技术的发展将能达到200℃以上。  前面对SiC的物理特性和SiC功率元器件的特征进行了介绍。SiC功率元器件具有优于Si功率元器件的更高耐压、更低导通电阻、可更高速工作,且可在更高温条件下工作。接下来将针对SiC的开发背景和具体优点进行介绍。  SiC功率元器件的开发背景  之前谈到,通过将SiC应用到功率元器件上,实现以往Si功率元器件无法实现的低损耗功率转换。不难发现这是SiC使用到功率元器件上的一大理由。其背景是为了促进解决全球节能课题。  以低功率DC/DC转换器为例,随着移动技术的发展,超过90 %的转换效率是很正常的,然而高电压、大电流的AC/DC转换器的效率还存在改善空间。众所周知,以EU为主的相关节能指令强烈要求电气/电子设备实现包括消减待机功耗在内的节能目标。  在这种背景下,削减功率转换时产生的能耗是当务之急。不用说,必须将超过Si极限的物质应用于功率元器件。  例如,利用SiC功率元器件可以比IGBT的开关损耗降低85%。如该例所示,毫无疑问,SiC功率元器件将成为能源问题的一大解决方案。  SiC的优点  如前文所述,利用SiC可以大幅度降低能量损耗。当然,这是SiC很大的优点,接下来希望再了解一下低阻值、高速工作、高温工作等SiC的特征所带来的优势。  通过与Si的比较来进行介绍。”低阻值”可以单纯解释为减少损耗,但阻值相同的话就可以缩小元件(芯片)的面积。应对大功率时,有时会使用将多个晶体管和二极管一体化的功率模块。例如,SiC功率模块的尺寸可达到仅为Si的1/10左右。  关于“高速工作”,通过提高开关频率,变压器、线圈、电容器等周边元件的体积可以更小。实际上有能做到原有1/10左右的例子。  “高温工作”是指容许在更高温度下的工作,可以简化散热器等冷却机构。  如上所述,可使用SiC来改进效率或应对更大功率。而以现状的电力情况来说,通过使用SiC可实现显著小型化也是SiC的一大优点。不仅直接节能,与放置场所和运输等间接节能相关的小型化也是重要课题之一。  Ameya:ROHM 代理商,助力 SiC 落地  Ameya 作为 ROHM 代理商,可为您提供 ROHM SiC 功率元器件及相关支持,包括:  ROHM SiC MOSFET  ROHM SiC 肖特基势垒二极管(SiC SBD)  ROHM 全 SiC 功率模块、混合 SiC 模块  选型支持、样品申请、批量供货、BOM 配套  替代料建议、交期管理、技术支持  SiC 功率元器件可广泛应用于新能源汽车、光伏逆变、储能、充电桩、工业电源、服务器电源、UPS、电机驱动等领域。具体型号、电压/电流等级、封装与参数,请以 ROHM 最新数据手册为准。  Ameya 作为 ROHM 代理商,欢迎联系获取 ROHM SiC 产品选型手册、样品与供应支持。
2026-10-09 15:57 阅读量:178
ROHM SiC功率器件助力宝马新世代“Neue Klasse”电动动力总成
2026-09-28 10:17 阅读量:363
ROHM 晶体管,高效可靠赋能全场景电子设计
  在电子设备小型化、高效化、高可靠性的发展浪潮中,晶体管作为电路开关、信号放大、功率控制的核心基础元器件,其性能、稳定性与使用寿命直接决定了终端产品的品质与竞争力。  深耕半导体供应链领域的AMEYA360,作为ROHM 罗姆官方授权代理商,全权经销 ROHM 全系列晶体管产品,为广大电子企业、研发工程师、采购团队提供原厂正品、充足库存、极速交付、技术配套的一站式元器件采购解决方案,助力各类电子产品优化性能、降低成本、提升市场竞争力。  ROHM 罗姆作为全球知名半导体品牌,拥有 60 余年半导体研发与制造积淀,依托成熟的 IDM 全产业链模式,从晶圆设计、工艺优化到成品封装测试全程自主把控,深耕分立器件领域多年,旗下晶体管产品凭借低功耗、高耐压、高稳定性、小型化、长寿命等核心优势,广泛应用于消费电子、智能家居、汽车电子、工业控制、新能源、医疗设备等各大领域,是行业内高可靠性晶体管的标杆选择。  ROHM 罗姆晶体管核心产品优势  1. 自研工艺加持,超低损耗,能效领跑行业  ROHM 凭借独家芯片结构优化技术与铜夹封装工艺,完美平衡导通电阻与开关损耗,旗下功率晶体管、开关晶体管有效降低设备运行功耗,相比同规格常规产品功率损耗大幅降低,助力终端设备实现节能降耗、续航升级。无论是高频开关电路还是长效运行的工业设备,都能保持极低的能量损耗,适配当下绿色节能的产品研发趋势。  2. 高耐压高耐受,适配严苛工况,稳定性极强  区别于普通晶体管,ROHM 全系列晶体管经过严苛的工况测试,具备优异的耐压性能与抗冲击能力,部分车载级产品满足 AEC-Q 权威车规认证,可耐受宽温、高压、高频波动等复杂工况。同时产品拥有业界超宽安全工作区,有效抑制二次击穿问题,抗干扰能力突出,大幅降低设备宕机、故障风险,尤其适配汽车电子、工业自动化等高可靠性要求场景。  3. 小型化轻薄封装,适配微型化设备设计  依托 ROHM 自研晶圆级芯片尺寸封装技术,旗下晶体管产品实现极致小型化、薄型化设计,在保障核心性能不衰减的前提下,大幅缩减元器件占用空间。完美适配穿戴设备、小型智能家居、便携数码产品、微型控制模块等轻量化、微型化终端的设计需求,为产品结构优化、轻薄升级提供核心支撑。  4. 全品类全覆盖,选型灵活适配多场景  ROHM 晶体管产品线布局完善,涵盖小信号晶体管、功率晶体管、开关晶体管、高压晶体管等全品类产品,电压、电阻、封装规格齐全,可精准匹配信号放大、电路开关、功率调控、稳压控制等不同电路功能需求,从民用消费电子到高端工业、车载、新能源设备,均可实现精准选型适配。  5. 超长使用寿命,批量品质一致性极高  依托 ROHM 全流程自研自产的 IDM 生产体系,产品从原料到成品全程品控,规避外协生产的品质波动问题。产品具备超长服役寿命,抗老化、抗疲劳性能优异,大批量供货时品质高度统一,有效降低企业产品返修率,减少售后成本,适合规模化量产采购。  6. 长期稳定供货,解决供应链断供难题  ROHM 核心晶体管系列为行业长青爆款产品,多年持续稳定量产,叠加 AMEYA360 充足的现货储备与稳定的货源渠道,可长期为客户提供持续供货保障,彻底解决中小批量采购、长期量产项目的供货不稳定、缺货断供痛点。  热门 ROHM 晶体管推荐  (AMEYA360 在售)  覆盖小信号放大、电源开关、车规应用,支持样品申请 + 批量采购  2SA1576U3HZGT106R:车载用 一般小信号放大用晶体管 (-50V,-150mA)  链接:https://www.ameya360.com/product/7147918  2SC4081U3HZGT106Q:车载用 小信号放大用(50V,150mA)晶体管  链接:https://www.ameya360.com/product/7146115  DTC143XCAHZGT116:NPN 100mA 50V 数字晶体管(电阻内置型晶体管)  链接:https://www.ameya360.com/product/6882909  DTC143ZE3TL:NPN, SOT-416, R1≠R2 数字晶体管(内置偏置电阻的晶体管)  链接:https://www.ameya360.com/product/7595674  EMB61T2R:PNP+PNP 数字晶体管(电阻内置型晶体管)  链接:https://www.ameya360.com/product/6915931  平台总入口:https://www.ameya360.com/
2026-09-22 10:37 阅读量:455
ROHM丨LDO基础知识
行业新闻

ROHM丨LDO基础知识

  低压差线性稳压器(以下简称LDO)是一种半导体器件,是在输入与输出的电压差较小的状态下也能工作的线性稳压器的统称。LDO的特点是即使输入与输出电压差很小仍能获得稳定的输出,因此被广泛应用于电池驱动的移动设备以及注重低功耗和小型化的应用场景中。具体而言,在直接由锂离子电池驱动电路时采用LDO就是一个典型的案例。  本文我们将介绍LDO的工作原理与电路结构、设计时应考虑的规范和特性等内容,同时梳理在引入LDO时需要掌握的要点。  什么是LDO?(定义和基本原理)  LDO是一种即使在输入电压与输出电压之差(输入输出电压差)较小的情况下,仍能维持一定输出的线性稳压器。与普通的三端稳压器相比,其显著特点在于所需输入电压的裕量更小。本节我们将简要回顾LDO的定义和历史背景,并介绍其被众多设备广泛采用的原因。  LDO的含义与由来(“Low Dropout”的词源与定义)  LDO是“Low Dropout Regulator”的英文首字母缩写,表示其具有低压差。压差是指“维持稳定的稳压所需的最小输入电压与输出电压之差”。一般的传统线性稳压器通常需要比输出电压高数V的输入电压,而LDO可将这一差值控制在数百mV,有些产品甚至可至数十mV。大多数LDO内部包含通路元件(双极晶体管或MOSFET)、误差放大器及保护电路,能否满足各项规格(输入电压范围、输出电流范围等)是选型时的关键考量因素。  例如,在需要3.3V的输出而输入仅为4.0V左右的条件下,LDO仍有可能稳定工作。这种“低压差”有助于提高电源效率并减少热损耗,因此在追求节能与小型化的设备中发挥着重要作用。  与传统线性稳压器的区别  线性稳压器通过内部的通路元件(晶体管等)将输入电压中多余的电压以热的形式耗散掉,从而实现稳定输出。传统线性稳压器在输入与输出电压差较大时较易于设计,但当输入输出电压差变小时,则难以正常工作。  相比之下,LDO通过采用在线性(电阻)区域易于保持低导通电阻的晶体管等方式,使其即使在输入输出电压差很小时也能工作。具体而言,通过将双极晶体管或MOSFET以源极跟随器或射极跟随器等结构工作,可以将压差电压控制在数百mV以下。  许多传统线性稳压器要求输入电压比输出电压高2V以上,其设计是以(输入电压 − 输出电压)较大的情况为前提的。而LDO即使在电池驱动等输入电压下降的应用中,仍易于保持额定输出直至极限状态,因而在节能与低发热等方面具有优势。  LDO备受关注的理由(低压差、低功耗、小型化等)  LDO受到关注的原因主要有以下几点:  低功耗:压差电压越低,浪费的功耗就越少。  热设计简化:通过抑制输入输出电压差,可减少产生的热量,有时使用小型散热片即可。  小型化与电池工作:在移动设备等应用中,即使电池的电压下降,仍易于维持工作。  噪声方面:与开关稳压器相比,不易产生高频噪声。  因此,LDO被广泛应用于从电池驱动应用到通信设备以及工业设备等诸多领域。本节主要总结了概念性的理解,后续章节将进一步详细介绍其电路结构和工作原理。  LDO的电路结构和工作原理  LDO在通过反馈控制来保持输出电压稳定方面,与普通的线性稳压器相同。然而,为了将输入输出电压差控制得较小,在其内部结构、所用晶体管类型及保护功能等方面均采取了特殊设计。本节将介绍LDO的主要电路模块,并阐述其能够实现低压差的原理。  主要模块(通路元件、误差放大器、保护功能)概述  LDO的结构本身相对简单。通过组合以下主要模块来维持恒定的输出电压。  通路元件(Pass Element)  使用双极晶体管或MOSFET来控制从输入到输出的电流。近年来,也有很多LDO通过内置电荷泵或控制电路等特殊设计,使其即使在较低的栅源电压下也能驱动。  误差放大器(Error Amplifier)  监测输出并与参考电压进行比较,从而控制通路元件。其增益特性与响应速度对精度和瞬态响应有很大影响。  保护功能  内置过流保护、过热保护及反向电流保护等功能,确保LDO自身的安全性和对负载端的保护。  压差电压的原理  LDO特点——压差电压的定义为:通路元件在提供电流的同时能保持正常控制的最小输入输出电压差。例如,对于使用PNP晶体管的LDO,其发射极-集电极间电压与基极-发射极间电压在临近饱和状态工作时的总和会决定压差电压。其简单的模型公式如下所示。  低噪声设计和反向电流保护的要点  与开关稳压器相比,LDO具有高频噪声更少的优点。但是,根据通路元件的选择及内部电路结构的不同,双极晶体管的基极电流路径或参考电路的噪声也可能成为问题。设计时需要考虑的要点如下:  旁路电容器  在参考电路或误差放大器的电源引脚附近接入小容量电容器,以去除噪声。  布局优化  合理配置输入输出电容器,优化GND布线,以抑制尖峰和纹波。  反向电流保护(Reverse Current Protection)  若电流从电池反向流入稳压器,会导致误动作或损坏。可添加保护二极管或开关器件等进行防护。  LDO的种类和主要参数  LDO根据其内部所用元件和设计思路,可分为多种类型。同时,在选型时也存在一些需要共同评估的参数。本节将对LDO的代表性种类以及评估其性能时不可或缺的主要参数进行梳理介绍。  按电压范围分类(高电压和低电压适用)  LDO的特点是低压差,但其输入电压范围的跨度较大。例如,既有适用于5V以下工作的电池驱动的低电压LDO,也有适用于超过30V或40V高输入电压的车载及工业设备的LDO。支持高电压的LDO,其功率晶体管通常具有更高的耐压和更强的保护功能。而对于生成1V左右等超低电压领域的LDO,其在MOSFET的基础上对栅极驱动进行优化,从而将压差降至极限。  低噪声、低静态电流、PSRR、线性调整率和负载调整率  低噪声和低静态电流  低噪声型  适用于为模拟电路或无线电路供电等时,噪声对信号质量影响较大的应用场景。其设计降低了参考电路和误差放大器的噪声,并尽量抑制了通路元件的开关噪声。  低静态电流(Iq)型  目的是通过将待机时的消耗电流控制到很小来延长电池的驱动时间。有些产品通过小容量电容器和简化的内部电路结构,将静态电流控制在数µA以下。  PSRR(Power Supply Ripple Rejection)  PSRR是衡量输入侧的纹波或噪声有多大程度传递至输出侧的指标。通常以频率特性表示,尤其在数十kHz以上的高频区间的PSRR备受重视。例如,在音频电路或高精度模拟电路中,选择PSRR高的LDO可减少电源噪声的影响,有助于提高精度。其定义如下:  负载响应  负载电流骤变时输出电压波动的大小及恢复所需的时间。受误差放大器的速度、输出电容器的容量和内部电阻等因素影响。  瞬态响应  电压暂时出现过冲或下冲的现象。在需要高速响应的应用场景(如高速数字电路)中,可能成为大问题。  启动特性  LDO在通电时输出电压上升过程中的动作。为避免急剧上升对负载造成不良影响,部分产品具有软启动功能。  近年来,还出现了将控制IC与周边电路集成于一体的LDO模块,这种减少电路板安装工序和外置元件选型工作量的方法备受关注。此类模块型产品的工作范围和散热设计明确,适合重视开发速度的应用场景。  LDO与其他方式的比较及选型方法  除了LDO之外,还有多种电压调节方式,每种方式各有其优缺点。本节将通过与经常被比较的开关稳压器和传统线性稳压器进行对比,重新确认LDO的特点,并梳理出不同应用场景的选型要点。  开关稳压器 vs LDO(功耗和效率比较)  开关稳压器通过脉宽调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)等方式使开关器件高速导通和关断,经由电感和电容器形成输出电压。代表性方式有降压(Buck)、升压(Boost)与升降压两用(Buck-Boost)等。在晶体管与二极管(或同步整流MOSFET)损耗更小时流通电流,从而实现高效率,效率超过80〜90%也并不罕见。  另一方面,开关稳压器通常需要电感和大容量电容器等外置元件,占用安装空间且电路设计复杂。此外,高速开关容易引发噪声(EMI)与纹波,因此需考虑通过屏蔽或优化布局予以抑制。  传统线性稳压器 vs LDO(与三端稳压器等的区别)  传统线性稳压器设计时,通常要求输入电压留有约2~3V的裕量,并以通路元件在远离饱和区的状态下进行控制为前提。而LDO则通过将通路元件的工作点推至接近饱和的状态,从而成功地将压差控制到数百mV以下。  通路元件的选择与结构  传统线性稳压器为实现控制,通常在基极–发射极电压或集电极–发射极电压上留出一定裕量;而LDO通过采用MOSFET使其在栅源电压较小时也能工作,或通过电路设计使双极晶体管也允许在接近饱和状态下进行控制等,以此降低压差电压。  反馈电路的优化  传统线性稳压器的控制特性相对宽松,而LDO则通常通过优化误差放大器的偏置电压和内部参考源设计,确保在较低电压差下仍能实现稳定控制。  应用领域的差异  传统线性稳压器多用于将AC适配器等较高的输入电压降压并轻松实现稳压的应用场景,而LDO则在电池驱动或使用1~2V低电压的数字IC等要求低电压和低功耗的环境中更具发挥优势。  不同应用场景中考虑的LDO选型要点  LDO的主要选型要点如下:  所需的输入输出电压差  当电池的终止电压(最低电压)接近输出电压时,必须选择压差电压小的LDO。  可容许的发热量  由于LDO的(Vin – Vout)× Iout会转化为热,因此散热设计和封装的选择很重要。  噪声敏感度  在模拟电路或高频电路中,PSRR和低噪声特性尤为重要。  消耗电流  对于希望尽量降低待机电流的应用场景,优先选择低Iq型。  负载波动和响应速度  对于有急剧负载波动的电路,建议选用瞬态响应性能优异的LDO。  LDO设计和安装中需掌握的关键要点  在实际将LDO嵌入电路时,应参考产品规格书中推荐的元件和布局指南,进行满足各项特性的设计。本节将逐步介绍典型的设计流程和注意事项。  电路示例和设计流程(基础设计~元件选型)  LDO的设计流程大致遵循以下步骤:  确认输入输出电压范围  根据是电池驱动还是AC适配器等,掌握预期电源的最小和最大电压。  确认所需的输出电流和负载特性  掌握最大负载电流将达到多少A,并了解瞬时负载波动幅度。  确认LDO候选产品  参考产品规格书,寻找满足压差电压、PSRR、消耗电流、保护功能等要求的产品。  选择外围元件  由于输出电容器的容量和ESR范围直接关系到LDO工作的稳定性,务必确认制造商的推荐值。  热设计  结合封装和安装条件,计算(Vin – Vout)× Iout是否在容许范围内。必要时考虑扩大铜箔面积等散热措施。  外围元件选型(输入与输出电容器、防反向电流二极管等)  LDO的输出电容器对于确保相位补偿与误差放大器的稳定工作至关重要。产品规格书中通常会写明推荐容量和ESR范围,若偏离这些范围,可能导致振荡或瞬态响应恶化。  输入电容器用于辅助瞬时电流供应以及抑制输入电源的纹波。通常采用数µF的陶瓷电容器,但若预计存在较大的负载波动,有时可追加更大容量的电容器。  防反向电流二极管在存在电池等备份电源时需要考虑使用。在多电源切换的设计中,通常会加入二极管以防止电流通过LDO的通路元件发生反向流动。  布局和布线的注意事项(噪声对策和GND布线等)  虽说LDO基本上噪声较少,但仍建议在布局时注意以下事项:  确保最短路径  将输入电容器和输出电容器安装在LDO引脚附近,以减少不必要的布线电感和寄生电阻。  统一管理GND布线  根据需要将电源GND和信号GND分离,防止噪声混入测量系统。  确保热扩散  若有散热焊盘,应在电路板内层或背面设置过孔,以促进散热。  保护功能的运用和电源时序(按需简要使用)  LDO通常配备过流保护、过热保护等安全功能,但重要的是不要过度依赖这些功能,而应评估实际环境中可能出现的过载程度后进行选型。  另外,对于多电压的CPU和FPGA等需要多路电源线按顺序启动时,有时会使用LDO的使能引脚进行时序控制。结合延时电路或微控制器控制,使所需电源适当启动,从而提升系统运行的可靠性。  LDO的最新技术动向  近年来,在LDO领域,针对更严苛的低功耗要求与缩减安装空间的需求日益增多,以下新的技术方案备受关注。这些技术通过实现“超小容量输出电容器的适用”和“高速负载响应性能的提升”,正在逐步克服传统LDO难以应对的难题。  使用很小容量的电容器也能稳定工作的技术  技术概要  传统LDO为确保稳定工作,通常需要1µF左右的输出电容器。最近,通过对模拟电路寄生分量的彻底优化,改进误差放大器和布线,出现了使用nF量级的电容器也不会发生振荡的控制技术。  主要优势  减少元件数量和安装空间:可大幅减少输出电容器的容量与数量  降低成本:通过电容器小型化或数量削减,有望降低成本  提升可靠性:通过减少汽车与工业等领域中常用的电容器安装数量,降低元件故障风险和安装不良风险  实现高速负载响应的技术  技术概要  为了在负载电流急剧变化时将输出电压的波动幅度控制在更小范围,已开发出提升LDO内部反馈电路与误差放大电路速度的技术。代表性的方法是通过将控制系统和补偿系统分离或组合多级专用放大器,从而在避免发生不稳定振荡的前提下,将响应速度提升至极限。  主要优势  提升电源品质:可迅速响应数字IC急剧的消耗电流变化和高精度模拟电路的瞬时负载波动  优化电容器容量:即使不采用大容量电容器,也能获得足够的响应性能,从而提升设计灵活性  持续演进与未来展望  新技术的结合  通过将“适用很小容量的电容器”和“高速负载响应技术”相结合,正逐步实现例如采用nF级电容器时,仍可在急剧的负载波动下保持稳定输出的LDO。  应用领域的扩展  物联网设备和可穿戴设备等需要兼顾低功耗和小型化的应用需求预计将持续增长。此外,在汽车和工业设备领域,不仅要求缩小安装空间,还需实现更高可靠性(满足温度特性和耐压等安全标准),这使得配备上述先进技术的LDO受到越来越多的关注。  各半导体制造商正不断扩充集成了多个电源线的模块化LDO以及实现系统整体节能的解决方案,其应用领域正在不断扩大。  总结  LDO能够在保持输入输出电压差较小的状态下工作,因体积小、低噪声、节能而被应用于各类设备。适用于移动设备、车载设备和工业设备等各种领域中需要低功耗和散热对策的电路。
2026-09-21 16:35 阅读量:506
  • 一周热料
  • 紧缺物料秒杀
型号 品牌 询价
MC33074DR2G onsemi
TL431ACLPR Texas Instruments
CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
BD71847AMWV-E2 ROHM Semiconductor
RB751G-40T2R ROHM Semiconductor
型号 品牌 抢购
TPS63050YFFR Texas Instruments
BP3621 ROHM Semiconductor
ESR03EZPJ151 ROHM Semiconductor
BU33JA2MNVX-CTL ROHM Semiconductor
IPZ40N04S5L4R8ATMA1 Infineon Technologies
STM32F429IGT6 STMicroelectronics
热门标签
ROHM
Aavid
Averlogic
开发板
SUSUMU
NXP
PCB
传感器
半导体
相关百科
关于我们
AMEYA360微信服务号 AMEYA360微信服务号
AMEYA360商城(www.ameya360.com)上线于2011年,现 有超过3500家优质供应商,收录600万种产品型号数据,100 多万种元器件库存可供选购,产品覆盖MCU+存储器+电源芯 片+IGBT+MOS管+运放+射频蓝牙+传感器+电阻电容电感+ 连接器等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、 BOM配单及提供产品配套资料等,为广大客户提供一站式购 销服务。

请输入下方图片中的验证码:

验证码