什么是ams1117-3.3,ams1117-3.3的基礎(chǔ)知識(shí)?


一、AMS1117-3.3概述
AMS1117-3.3是一款常見(jiàn)的線性低壓差穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator,簡(jiǎn)稱(chēng)LDO),其輸出固定為3.3V,輸入電壓范圍通常在4.5V至15V之間。AMS1117系列穩(wěn)壓器由Advanced Monolithic Systems(簡(jiǎn)稱(chēng)AMS)公司推出,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于使用等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)、電源模塊、通信設(shè)備、儀表儀器等領(lǐng)域。AMS1117-3.3內(nèi)部集成了熱關(guān)斷保護(hù)和限流保護(hù)電路,當(dāng)工作溫度過(guò)高或輸出電流過(guò)大時(shí),會(huì)自動(dòng)限制輸出或關(guān)閉穩(wěn)壓器,以保護(hù)芯片和外圍電路不被損壞。AMS1117-3.3通常采用TO-220封裝、SOT-223封裝或TO-252封裝,封裝尺寸緊湊,方便在電路板上進(jìn)行安裝和散熱設(shè)計(jì)。由于其輸出電壓精度較高(典型誤差在±1%以?xún)?nèi))且輸出噪聲比較低,因此在對(duì)電壓穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合也能發(fā)揮良好的性能。
AMS1117-3.3的最大輸出電流一般為1A至1.2A(視不同封裝和散熱條件而定),壓降(Dropout Voltage)約為1.1V左右,在輸出較大電流時(shí)與輸入電壓的差值不能低于該壓降值,否則無(wú)法保證輸出電壓的穩(wěn)定性。AMS1117-3.3的工作溫度范圍通常為?40°C至+125°C,適用于工業(yè)級(jí)應(yīng)用。對(duì)于實(shí)際電路設(shè)計(jì)而言,需要注意在高電流輸出時(shí)合理配置輸入輸出電解電容與熔斷保險(xiǎn)絲,以及配備合適的散熱片或金屬底座,以保證芯片溫度不超過(guò)安全范圍。AMS1117-3.3的價(jià)格相對(duì)低廉,市場(chǎng)上常見(jiàn)的替代品包括LD1117V33、AMS1117-3.3V等型號(hào),功能與參數(shù)基本相同,但具體品牌、版本或生產(chǎn)批次可能會(huì)導(dǎo)致性能上存在細(xì)微差異。
二、AMS1117-3.3的引腳和封裝形式
AMS1117-3.3在不同廠商和不同版本上常見(jiàn)的引腳排列和封裝形式略有差異,但核心功能和基本引腳定義是一致的。以下介紹常見(jiàn)的SOT-223封裝和TO-220封裝的引腳定義與布局特點(diǎn),幫助設(shè)計(jì)者在原理圖和PCB布局階段正確識(shí)別和連接該器件。
常見(jiàn)引腳定義:
引腳1(ADJ/GND): 在AMS1117-3.3版本中,此引腳接地,用于為內(nèi)部參考電壓和放大電路提供零參考點(diǎn)。
引腳2(輸出OUT): 用于輸出3.3V穩(wěn)壓電壓。外部負(fù)載直接從該引腳取電。該引腳也是穩(wěn)壓器的主要輸出端,需要接輸出電容以保證穩(wěn)定性。
引腳3(輸入IN): 輸入電壓引腳,需要提供高于3.3V且高于壓降最低要求的電壓。輸入端通常接輸入電容以降低輸入紋波和提高瞬態(tài)響應(yīng)。
散熱片(Tab): 大多數(shù)SOT-223和TO-220封裝在背面或底部有一塊銅制散熱片,用于將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到系統(tǒng)散熱器或PCB地平面。散熱片通常直接與輸出引腳或內(nèi)部片基相連,對(duì)散熱效果影響顯著。
SOT-223封裝特點(diǎn):該封裝體積小巧,占用PCB面積較少,適合于空間有限的電路,但散熱能力相對(duì)較弱,需要在PCB布板時(shí)通過(guò)鋪銅區(qū)或加裝散熱銅箔來(lái)提高熱量擴(kuò)散效果。TO-220封裝特點(diǎn):該封裝具有更高的功耗容限,可直接焊接大型散熱片,適合于較大電流、高功率的場(chǎng)合使用,但占用空間較大。TO-252封裝(也稱(chēng)DPAK)則介于SOT-223和TO-220之間,既能兼顧一定的散熱性能,又能保持較小的安裝面積,適合于中等功率的設(shè)計(jì)需求。
三、AMS1117-3.3的電氣參數(shù)
AMS1117-3.3的電氣性能指標(biāo)是選擇和設(shè)計(jì)過(guò)程中至關(guān)重要的依據(jù),以下對(duì)主要性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹,包括輸入電壓范圍、輸出電流能力、壓降、輸出電壓精度、紋波抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)、啟動(dòng)時(shí)間、過(guò)載與短路保護(hù)等指標(biāo)。
輸入電壓范圍(Vin): AMS1117-3.3的輸入電壓應(yīng)保持在最小4.5V至最大15V之間。實(shí)際應(yīng)用中,為保證芯片具有足夠的壓降裕量,通常將輸入電壓設(shè)計(jì)在5V至12V左右。若輸入電壓過(guò)低(低于4.5V),穩(wěn)壓器進(jìn)入飽和區(qū),輸出電壓會(huì)低于3.3V;若輸入電壓過(guò)高(高于15V),會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部發(fā)熱增加,甚至可能超過(guò)芯片的最大承受電壓,引起損壞。
輸出電流(Iout): AMS1117-3.3典型輸出電流可達(dá)到1A,大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景可以安全穩(wěn)定輸出800mA至1A的電流。但需要注意的是,在高電流輸出時(shí),散熱片必須具備足夠的散熱能力,否則芯片內(nèi)部溫度快速上升會(huì)觸發(fā)熱保護(hù)電路,使輸出電壓自動(dòng)降低或關(guān)閉。
壓降(Dropout Voltage): AMS1117-3.3典型壓降約為1.1V(在Iout=800mA時(shí)),即當(dāng)輸入電壓和輸出電壓之間的差值低于1.1V時(shí),穩(wěn)壓器無(wú)法保持穩(wěn)定輸出。如果在設(shè)計(jì)中需要更小的壓降,可選用改進(jìn)型號(hào)如AMS1117L-3.3或其他廠家生產(chǎn)的超低壓差LDO。
輸出電壓精度(Vout Accuracy): 在溫度范圍為?40°C至+85°C以及輸入電壓變化的情況下,AMS1117-3.3的輸出電壓精度通常為±1%以?xún)?nèi)。不同廠商版本和不同批次可能略有差異,但總體性能指標(biāo)與此范圍相近。
紋波抑制比(PSRR): AMS1117-3.3在100Hz至120Hz電源線頻率下的PSRR一般在60dB左右,但在高頻區(qū)域會(huì)逐漸下降。為了減少輸入電源紋波對(duì)穩(wěn)壓輸出的影響,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在輸入端并聯(lián)低ESR的電解電容和陶瓷電容,以提高PSRR性能。
靜態(tài)電流(Iq): AMS1117-3.3的靜態(tài)電流約為5mA至10mA左右,即在無(wú)負(fù)載或輕載狀態(tài)下,芯片持續(xù)消耗的電流。對(duì)于對(duì)功耗要求苛刻的電池供電系統(tǒng),需要權(quán)衡使用此類(lèi)LDO器件時(shí)的待機(jī)功耗。
啟動(dòng)時(shí)間(Turn-on Time): AMS1117-3.3從輸入電壓達(dá)到穩(wěn)定值到輸出電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)通常需要幾十微秒至幾百微秒,具體取決于輸出負(fù)載、電容大小以及輸入電壓斜率。對(duì)于對(duì)上電時(shí)序要求嚴(yán)格的系統(tǒng),需考慮啟動(dòng)時(shí)間對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
過(guò)載保護(hù)(Current Limit): 當(dāng)輸出電流超過(guò)設(shè)定值時(shí),AMS1117-3.3會(huì)啟動(dòng)限流保護(hù),將輸出電流限制在安全范圍內(nèi),典型限流值約為1.5A左右。這種限流特性可以在輸出短路或過(guò)載時(shí)保護(hù)穩(wěn)壓器和上游電路,但是持續(xù)過(guò)載會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。
熱關(guān)斷保護(hù)(Thermal Shutdown): 當(dāng)芯片結(jié)溫超過(guò)約150°C時(shí),內(nèi)部熱關(guān)斷電路會(huì)自動(dòng)關(guān)斷輸出,防止芯片過(guò)熱損壞。當(dāng)芯片冷卻到安全溫度后,穩(wěn)壓器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)輸出。此保護(hù)功能能夠保障芯片在極端環(huán)境和異常負(fù)載情況下的安全性。
四、內(nèi)部原理與工作方式
AMS1117-3.3作為線性穩(wěn)壓器,其核心工作原理基于串聯(lián)通道(Series Pass Element)、參考電壓源和誤差放大器的閉環(huán)控制機(jī)制。以下對(duì)其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)講解,以幫助理解該器件的工作特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
AMS1117-3.3內(nèi)部主要由以下子模塊組成:串聯(lián)通道晶體管(通常為PNP型或NMOS型器件)、基準(zhǔn)電壓源(Bandgap Reference)、誤差放大器(Error Amplifier)、限流電路(Current Limiter)、熱關(guān)斷電路(Thermal Shutdown)及參考偏置電路(Bias Circuit)。其中,參考電壓源輸出約1.25V的溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓,該電壓送入誤差放大器的正輸入端;誤差放大器的負(fù)輸入端連接輸出與輸入差分電路或直接與輸出端電壓經(jīng)分壓電路獲得的反饋電壓進(jìn)行比較。
當(dāng)電路啟動(dòng)時(shí),輸入電壓通過(guò)串聯(lián)通道晶體管提供給輸出端,輸出電容逐漸充放電。輸出電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過(guò)誤差放大器進(jìn)行比較,當(dāng)輸出電壓低于設(shè)定目標(biāo)值時(shí),誤差放大器輸出壓差驅(qū)動(dòng)串聯(lián)通道晶體管導(dǎo)通,加強(qiáng)電流輸出;當(dāng)輸出電壓升高至接近目標(biāo)值時(shí),誤差放大器驅(qū)動(dòng)信號(hào)逐漸降低,調(diào)整串聯(lián)通道晶體管導(dǎo)通程度,以保持輸出電壓穩(wěn)定在3.3V左右。
AMS1117系列內(nèi)部采用復(fù)位電路對(duì)輸出端進(jìn)行軟啟動(dòng)(Soft Start),在上電瞬間對(duì)參考電壓進(jìn)行緩升,限制瞬態(tài)電流過(guò)大,以避免因輸入大電流沖擊導(dǎo)致輸入端電壓驟降或產(chǎn)生干擾。限流電路通過(guò)檢測(cè)串聯(lián)通道晶體管上的壓降實(shí)現(xiàn)輸出電流檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)到輸出電流超過(guò)設(shè)定閾值時(shí),限流電路會(huì)限制串聯(lián)通道晶體管的基極或柵極驅(qū)動(dòng)電流,從而將輸出電流限制在安全范圍。如果限流后芯片溫度繼續(xù)上升,熱關(guān)斷電路會(huì)切斷基準(zhǔn)電壓或直接關(guān)閉串聯(lián)通道晶體管,保護(hù)芯片免受過(guò)熱損壞。
在穩(wěn)壓過(guò)程中,輸入端的電壓波動(dòng)、負(fù)載電流變化以及環(huán)境溫度變化都會(huì)對(duì)輸出電壓產(chǎn)生影響。誤差放大器的閉環(huán)帶寬、輸出電容的大小和ESR(Equivalent Series Resistance)以及PCB走線布局的寄生電感電阻都會(huì)對(duì)穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波產(chǎn)生影響。因此,在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí),需要根據(jù)負(fù)載特性選擇合適容量和低ESR的輸出電容,優(yōu)化PCB走線布局,以提高穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和瞬態(tài)性能。
五、AMS1117-3.3的主要性能特點(diǎn)
AMS1117-3.3作為應(yīng)用廣泛的線性穩(wěn)壓器,擁有以下顯著性能特點(diǎn),使其在諸多場(chǎng)景中備受青睞:
輸出電壓精度高: 在溫度范圍和負(fù)載變化范圍內(nèi),AMS1117-3.3的輸出電壓精度可達(dá)±1%以?xún)?nèi),保證了對(duì)3.3V電壓需求嚴(yán)格的數(shù)字電路、模擬電路和通信模塊等能夠維持正常工作。
內(nèi)部集成保護(hù)功能: 該器件集成過(guò)流保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)等功能,能夠在輸出短路、過(guò)載或過(guò)溫時(shí)自動(dòng)限制輸出或關(guān)斷電源,避免損壞芯片和外圍電路。
工作電壓范圍廣: AMS1117-3.3的輸入電壓范圍一般在4.5V到15V之間,可兼容多種電源電壓,例如USB5V電源、7.2V電池、9V適配器、12V車(chē)載電源等,為多種應(yīng)用場(chǎng)景提供電源方案。
封裝形式豐富: SOT-223、TO-220、TO-252等多種封裝可供選擇,以滿足不同功率需求和散熱要求,方便設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際空間和散熱條件進(jìn)行選擇。
外部元件少: 典型應(yīng)用只需在輸入與輸出端各并聯(lián)一個(gè)輸入電容和輸出電容(一般建議輸入端10μF以上低ESR電容,輸出端10μF至22μF低ESR電解加陶瓷電容組合),即可滿足電路穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)需求,簡(jiǎn)化了外部電路設(shè)計(jì)。
成本低廉: 相較于開(kāi)關(guān)電源模塊或更高檔次的LDO穩(wěn)壓器,AMS1117-3.3價(jià)格十分經(jīng)濟(jì),適合對(duì)成本敏感且功耗要求不高的項(xiàng)目。
電氣噪聲低: AMS1117-3.3的輸出紋波噪聲相對(duì)較低,對(duì)于對(duì)噪聲敏感的模擬電路、音頻電路、射頻模塊等應(yīng)用場(chǎng)合能夠提供較為干凈的3.3V電源。
瞬態(tài)響應(yīng)能力中等: 雖然線性穩(wěn)壓器的動(dòng)態(tài)性能不及開(kāi)關(guān)電源,但AMS1117-3.3憑借內(nèi)部誤差放大器和選配低ESR輸出電容,在負(fù)載驟變時(shí)仍具備較快的調(diào)整能力,可滿足多數(shù)數(shù)字電路的瞬態(tài)需求。
易于調(diào)試: 由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,輸入和輸出引腳功能明確,調(diào)試時(shí)只需關(guān)注輸入輸出電容、散熱和接地布局,不會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的電感、磁芯飽和和開(kāi)關(guān)噪聲等問(wèn)題,有助于快速定位和排查電源相關(guān)故障。
六、AMS1117-3.3的電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在實(shí)際應(yīng)用中,合理設(shè)計(jì)AMS1117-3.3外圍電路是確保穩(wěn)壓器穩(wěn)定、高效、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。以下從輸入電容選型、輸出電容配置、接地與走線、散熱設(shè)計(jì)及EMI抑制等方面予以詳細(xì)說(shuō)明。
輸入電容選型與配置
? 為保證穩(wěn)定的輸入電壓并濾除輸入線路上的高頻紋波及突發(fā)干擾,建議在輸入引腳與地之間并聯(lián)一顆10μF至22μF的低ESR電解電容,配合一顆0.1μF的陶瓷電容。電解電容主要負(fù)責(zé)濾除低頻紋波和大電流沖擊,陶瓷電容則補(bǔ)償高頻部分的噪聲和電流突變。
? 當(dāng)輸入電源源自遠(yuǎn)端或長(zhǎng)線接入時(shí),應(yīng)適當(dāng)增大輸入電容容量或在輸入端加裝LC濾波器,以提高輸入電源的抗干擾能力。若輸入電壓波動(dòng)較大或有較強(qiáng)電磁干擾,應(yīng)在輸入端再并聯(lián)100μF以上的大容量電解電容,并在電路板上盡量靠近AMS1117-3.3的輸入引腳布置,以降低寄生電感和電阻帶來(lái)的電壓降。
? 如果電路對(duì)啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流特別敏感,可選擇具有浪涌電流限制功能的電容或在輸入端串聯(lián)限流電阻,以降低瞬態(tài)電流對(duì)上游電源的沖擊。輸出電容配置與穩(wěn)定性
? AMS1117-3.3對(duì)輸出電容的選擇有嚴(yán)格要求,必須使用帶有適當(dāng)ESR(Equivalent Series Resistance)的電容來(lái)保證環(huán)路穩(wěn)定性。一般推薦在輸出端并聯(lián)一顆10μF至22μF的低ESR鋁電解電容,以及一顆0.1μF的陶瓷電容。鋁電解電容負(fù)責(zé)大電流瞬態(tài)需求,而陶瓷電容用于濾除高頻噪聲并提升系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)能力。
? 輸出電容的ESR過(guò)低(例如僅使用大容量多層陶瓷電容)可能導(dǎo)致環(huán)路振蕩,使輸出出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。為避免這種情況,可在陶瓷電容與芯片之間串聯(lián)一個(gè)小阻值(約0.1Ω~1Ω)的電阻,以人為增加ESR,確保系統(tǒng)穩(wěn)定。
? 輸出電容應(yīng)盡量靠近AMS1117-3.3的輸出引腳布置,以縮短電容引腳到芯片輸出端的走線長(zhǎng)度,降低寄生電感和電阻對(duì)環(huán)路性能的影響。接地與走線布局
? AMS1117-3.3的性能受接地布局影響較大,建議采用單點(diǎn)接地或星型接地方式,即將穩(wěn)壓器的地引腳與輸入端和輸出端電容的地極在同一回流點(diǎn)焊接,以避免地回路電阻和寄生電感引起電壓偏移和環(huán)路噪聲。
? 在PCB設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量將AMS1117-3.3所在區(qū)域單獨(dú)劃分為電源區(qū)域,與數(shù)字信號(hào)或高頻信號(hào)區(qū)域保持一定的距離,以降低電源噪聲對(duì)信號(hào)電路的干擾。
? 對(duì)于大電流設(shè)計(jì),輸入和輸出的布線寬度應(yīng)足夠,以確保導(dǎo)線電阻較小并減少電流互感和溫升。散熱片與地銅箔的焊接區(qū)域要保證大面積鋪銅,形成低熱阻散熱路徑。散熱設(shè)計(jì)
? AMS1117-3.3在大電流輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量,特別是在輸入輸出壓差較大時(shí),耗散功率Pn≈(Vin?3.3V)×Iout。因此,在設(shè)計(jì)中應(yīng)估算最大耗散功率,并根據(jù)PCB銅箔面積或外接散熱片來(lái)設(shè)計(jì)散熱方案。
? 對(duì)于大電流輸出(如接近1A),可以采用TO-220封裝并加裝金屬散熱片,通過(guò)螺絲與散熱片緊固,確保良好熱接觸,將熱量有效傳導(dǎo)至外部環(huán)境。同時(shí),在散熱片與風(fēng)道之間保持空氣對(duì)流空間,有助于降低結(jié)溫。
? 在SOT-223或TO-252封裝的應(yīng)用中,可在芯片底部與PCB銅層之間鋪設(shè)大面積散熱銅箔,例如在芯片背面區(qū)域布置熱過(guò)孔,將熱量傳導(dǎo)至板底大面積散熱層,再通過(guò)外部風(fēng)扇或金屬底板散熱。EMI與噪聲抑制
? 雖然AMS1117-3.3為線性穩(wěn)壓器,其自身不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)噪聲,但輸入端電源若來(lái)源于開(kāi)關(guān)電源或電磁環(huán)境復(fù)雜,仍需要注意輸入端干擾對(duì)穩(wěn)壓輸出的影響。適當(dāng)在輸入端增加鐵氧體磁珠、LC濾波器或共模扼流圈,可進(jìn)一步降低電源噪聲。
? 輸出端若驅(qū)動(dòng)高頻數(shù)字電路或射頻模塊,應(yīng)在輸出端加裝陶瓷電容與地,以降低系統(tǒng)高頻噪聲。對(duì)于對(duì)噪聲極度敏感的模擬電路,也可在輸出端串聯(lián)RC濾波網(wǎng)絡(luò),將噪聲抑制至更低水平。
? 在PCB設(shè)計(jì)中,要盡量縮短輸入電容到芯片輸入引腳的走線長(zhǎng)度,減少寄生電感對(duì)抗干擾能力的影響,同時(shí)避免將高頻信號(hào)線與穩(wěn)壓器的輸入輸出電源走線平行布置,以減少感應(yīng)耦合。
七、AMS1117-3.3的典型應(yīng)用案例
AMS1117-3.3憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于使用和成本低廉的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各種3.3V電源需求的電子設(shè)計(jì)中。以下列舉若干典型應(yīng)用案例,說(shuō)明在不同場(chǎng)景下的設(shè)計(jì)思路與注意事項(xiàng)。
單片機(jī)開(kāi)發(fā)板電源模塊
在許多單片機(jī)開(kāi)發(fā)板(如基于STM32、ESP8266、Arduino等平臺(tái))中,都需要一個(gè)穩(wěn)定的3.3V電源向核心處理器和外設(shè)供電。以ESP8266 Wi-Fi模塊為例,其最大峰值電流可達(dá)300mA以上,要求輸入穩(wěn)定且低噪聲。設(shè)計(jì)者通常將AMS1117-3.3置于開(kāi)發(fā)板上,將5V輸入(來(lái)自USB或外部穩(wěn)壓電源)轉(zhuǎn)換為3.3V,并在輸入端配置10μF低ESR電解+0.1μF陶瓷電容,輸出端配置22μF電解+0.1μF陶瓷電容,以保證Wi-Fi模塊在切換信道或發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的瞬態(tài)電流需求。為防止USB供電出現(xiàn)瞬態(tài)跌落導(dǎo)致芯片重啟,還可以在輸入端加裝升壓電路或電流限制電阻,以緩解瞬態(tài)沖擊。嵌入式通信設(shè)備主板
在路由器、交換機(jī)或工業(yè)通信設(shè)備中,往往需要多個(gè)電壓軌(如5V、3.3V、1.8V等)。AMS1117-3.3常用于將5V電源降低為3.3V,為系統(tǒng)中的FPGA、MAC芯片、以太網(wǎng)PHY、I2C總線芯片等核心器件提供電源。由于通信設(shè)備要求24小時(shí)不間斷運(yùn)行,因此在設(shè)計(jì)中需要確保AMS1117-3.3具有良好的散熱條件,如在電路板底部增加大面積銅箔散熱層,并且在布局時(shí)保持通風(fēng)路徑暢通,以降低熱阻。此外,為了避免電磁兼容(EMC)問(wèn)題,可在輸入端和輸出端分別加裝電磁兼容濾波器,滿足FCC和CE等認(rèn)證要求。電池供電移動(dòng)設(shè)備
某些便攜式設(shè)備或電池供電模塊需要將3.7V鋰電池電壓降至3.3V,確保為MCU、傳感器和無(wú)線通信芯片提供穩(wěn)定電壓。雖然3.7V電池電壓與3.3V差距很小,但AMS1117-3.3的壓降約為1.1V,若電池電壓低于約4.4V就無(wú)法正常輸出。因此,在此場(chǎng)景下不宜直接使用AMS1117-3.3,而應(yīng)選擇壓降更小的超低壓差LDO(如XC6206系列)或升壓-降壓一體式轉(zhuǎn)換器。但若電池以?xún)晒?jié)串聯(lián)方式供電(7.4V),即可使用AMS1117-3.3獲得穩(wěn)定的3.3V輸出,滿足負(fù)載需求。在這種設(shè)計(jì)中,需確保電池組與外部穩(wěn)壓器之間的連接帶寬足夠,并在輸出端加裝反接二極管或熱敏電阻,防止電池組過(guò)放或芯片過(guò)熱。3.3V數(shù)字邏輯電路供電
在FPGA開(kāi)發(fā)板、單板計(jì)算機(jī)(如Raspberry Pi外設(shè)擴(kuò)展板)或各種傳感器模塊中,都需要穩(wěn)定的3.3V電源。AMS1117-3.3可以作為主電壓來(lái)源,為數(shù)字邏輯芯片、SRAM、EEPROM、數(shù)字傳感器等供電。由于數(shù)字邏輯電路對(duì)電源瞬態(tài)性能和紋波抑制有較高要求,因此需要在3.3V輸出與地之間并聯(lián)多個(gè)不同容量和不同ESR特性的電容,以抑制不同頻段的電源噪聲。對(duì)于高速數(shù)字電路,如DDR內(nèi)存或高速ADC電路,建議在3.3V電源軌上采用多級(jí)濾波,包括電感器+貼片電容組合,從而進(jìn)一步降低高頻噪聲。通信模塊電源隔離設(shè)計(jì)
在某些無(wú)線通信模塊(如GSM、LTE Cat-M1等)中,模塊在發(fā)射時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的瞬態(tài)電流,可能會(huì)引起電壓瞬降,導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。為了緩解這一問(wèn)題,可以在AMS1117-3.3輸出端設(shè)置一個(gè)緩沖電容(100μF以上)和一個(gè)旁路二極管,將瞬時(shí)電流存儲(chǔ)在電容中供應(yīng)模塊的發(fā)射瞬態(tài)需求;同時(shí),采用低內(nèi)阻電源走線,縮短從穩(wěn)壓器到模塊的連接長(zhǎng)度,減少線路壓降。此外,也可在輸入端加裝一個(gè)升壓-降壓轉(zhuǎn)換器,提供一個(gè)預(yù)充的電壓緩沖,進(jìn)一步平滑電源輸出。
八、AMS1117-3.3與其他穩(wěn)壓器對(duì)比
AMS1117-3.3雖然具有廣泛應(yīng)用,但并非在所有場(chǎng)景中都是最優(yōu)選擇。以下將其與其他幾種常見(jiàn)線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器進(jìn)行對(duì)比,以幫助設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選型。
與LD1117V33對(duì)比
LD1117V33是另一款常見(jiàn)的3.3V固定輸出線性穩(wěn)壓器,與AMS1117-3.3在參數(shù)上非常接近。二者都采用相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、壓降約為1.1V、最大輸出電流約為1A。不同廠家生產(chǎn)的LD1117V33在溫漂特性、PSRR和限流值上可能與AMS1117-3.3略有差異,但總體性能相當(dāng)。在選型時(shí),若項(xiàng)目對(duì)成本和性能要求較低,可以根據(jù)價(jià)格與供應(yīng)情況自由切換;若需要更低噪聲或更佳母線紋波抑制性能,則需查看各自的典型應(yīng)用參數(shù)手冊(cè),進(jìn)行實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證。與MIC5235-3.3對(duì)比
MIC5235系列是一款超低壓差(Ultra Low Dropout)的LDO穩(wěn)壓器,典型壓降僅約0.2V,可在輸入電壓為3.5V時(shí)穩(wěn)定輸出3.3V,適用于電池電壓較低的場(chǎng)合。相比之下,AMS1117-3.3的壓降較大,需要輸入大于4.4V才能正常輸出。若設(shè)計(jì)需要在2.8V至5.5V寬輸入范圍內(nèi)輸出3.3V,則MIC5235-3.3是更合適的選擇;但若輸入電壓通常高于5V且對(duì)成本敏感,AMS1117-3.3仍具有明顯優(yōu)勢(shì)。與MP1584開(kāi)關(guān)升壓穩(wěn)壓模塊對(duì)比
MP1584為一款高效率、支持4.5V至28V寬輸入的開(kāi)關(guān)升壓降壓模塊,可穩(wěn)定輸出3.3V,輸出電流可達(dá)3A以上,效率可達(dá)95%以上,極大地降低了在大電流應(yīng)用中的熱耗。相比之下,AMS1117-3.3在同樣輸入電壓和輸出電流條件下會(huì)產(chǎn)生較高的熱量,效率較低,僅在30%至60%之間。因此,在大功率、高電流需求的應(yīng)用場(chǎng)景,如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、高性能單板計(jì)算機(jī)、LED照明等,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是更優(yōu)的選擇;而在功率需求較小、EMI要求苛刻或成本需要嚴(yán)格控制的設(shè)計(jì)中,AMS1117-3.3仍是理想方案。與XC6206系列對(duì)比
XC6206是一款超低功耗(Quiescent Current僅為5μA)、超低壓差(Typ. 0.1V@Iout=10mA)的LDO穩(wěn)壓器,適用于便攜設(shè)備、電池供電儀表等對(duì)功耗要求極高的場(chǎng)合。AMS1117-3.3的靜態(tài)電流為5mA至10mA,不適合長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)功耗敏感的應(yīng)用。因此,在設(shè)計(jì)電池壽命極其關(guān)鍵的傳感器節(jié)點(diǎn)或可穿戴設(shè)備時(shí),選擇XC6206能顯著降低系統(tǒng)待機(jī)功耗;而AMS1117-3.3更適合對(duì)功耗要求不特別苛刻、但需要較大輸出電流的場(chǎng)景。與線性穩(wěn)壓器結(jié)合開(kāi)關(guān)電源方案對(duì)比
在一些電源總預(yù)算對(duì)成本和效率均有要求的場(chǎng)合,可以采用“開(kāi)關(guān)降壓+線性穩(wěn)壓”的混合方案。即先用開(kāi)關(guān)降壓穩(wěn)壓器將輸入電壓降至近3.7V或3.8V的中間電壓,再通過(guò)AMS1117-3.3進(jìn)一步穩(wěn)壓至3.3V。這種結(jié)構(gòu)可以減少AMS1117-3.3的壓差損耗,降低芯片發(fā)熱,同時(shí)保證線性穩(wěn)壓器輸出的低噪聲特性。與單純開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比,這種方案在高頻噪聲抑制方面更有優(yōu)勢(shì);與單純線性穩(wěn)壓方案相比,整體效率更高,散熱壓力更小,適合對(duì)噪聲與效率兼顧的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
九、AMS1117-3.3在PCB布局與應(yīng)用注意事項(xiàng)
在電路板設(shè)計(jì)中,合理的布局與走線能顯著提高AMS1117-3.3的性能、穩(wěn)定性與可靠性。以下從布局原則、走線策略、散熱方案等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述,并給出實(shí)際操作建議。
布局原則
? 靠近負(fù)載放置: 盡量將AMS1117-3.3靠近主要負(fù)載或3.3V供電節(jié)點(diǎn)放置,以縮短輸出回路路徑,降低寄生阻抗,提升瞬態(tài)響應(yīng)能力。
? 輸入引腳靠近電源入口: 將輸入電壓引腳放置在接近外部5V或者更高電源源頭的位置,縮短輸入電壓走線長(zhǎng)度,減少輸入紋波和干擾對(duì)穩(wěn)壓器的影響。
? 分區(qū)設(shè)計(jì): 將電源區(qū)域、模擬電路區(qū)域、數(shù)字電路區(qū)域和高頻信號(hào)區(qū)域分開(kāi)布置,避免電源線與數(shù)字或射頻信號(hào)線相互耦合,降低干擾風(fēng)險(xiǎn)。走線策略
? 加寬電源走線: 根據(jù)最大負(fù)載電流預(yù)估走線寬度,確保輸入、輸出線寬足夠,避免因走線電阻過(guò)大導(dǎo)致電壓降和發(fā)熱。一般來(lái)說(shuō),1A的電流建議走線寬度不小于2mm,且采用多層板時(shí)可考慮在同一網(wǎng)絡(luò)多處加錫或使用多條平行走線。
? 短而粗的回流路徑: 穩(wěn)壓器的地回流路徑要短且寬,最好直接連接到同一銅箔區(qū)域,避免地環(huán)路過(guò)長(zhǎng)引發(fā)噪聲和不穩(wěn)定。
? 輸入端電容和輸出端電容布局: 輸入端電容與輸出端電容應(yīng)分別緊貼AMS1117-3.3的引腳放置,且在電容與芯片之間的走線長(zhǎng)度要盡可能短,以降低寄生電感和寄生阻抗對(duì)噪聲抑制的影響。散熱方案
? 大面積銅箔散熱: 在SOT-223或TO-252封裝應(yīng)用中,可在芯片背面和底部布置大片銅箔,并通過(guò)多個(gè)散熱過(guò)孔(Thermal Via)將熱量傳導(dǎo)至電路板另一側(cè)或內(nèi)部散熱層。熱過(guò)孔建議保持均勻分布,直徑約0.3mm~0.5mm,每個(gè)過(guò)孔四周環(huán)繞銅箔,以提高熱傳導(dǎo)效率。
? 外部散熱片: 對(duì)于TO-220封裝,建議與外部散熱片緊固,并涂抹導(dǎo)熱硅脂,以降低熱阻。散熱片大小要根據(jù)功耗估算結(jié)果確定,若Pn≈(Vin?3.3V)×Iout≈3W時(shí),可選擇散熱片熱阻低于15°C/W的型號(hào),確保結(jié)溫在安全范圍內(nèi)。
? 風(fēng)冷與自然對(duì)流結(jié)合: 若系統(tǒng)有風(fēng)扇或強(qiáng)制對(duì)流條件,可在散熱片或銅箔附近留出通風(fēng)口,增強(qiáng)空氣流動(dòng),從而進(jìn)一步降低器件溫度。EMI抑制措施
? 輸入端加裝濾波網(wǎng)絡(luò): 在輸入端并聯(lián)陶瓷電容和鐵氧體磁珠,形成LC濾波網(wǎng)絡(luò),抑制高頻干擾。根據(jù)實(shí)際電源環(huán)境選擇適當(dāng)阻抗特性曲線的磁珠,以獲得最佳濾波效果。
? 屏蔽與接地: 在高EMI環(huán)境中,可在AMS1117-3.3及其外圍電容區(qū)域上方加裝金屬屏蔽罩,并將屏蔽罩緊密焊接到大地,以屏蔽來(lái)自外部的電磁干擾,提升系統(tǒng)EMC性能。
? 合理布置信號(hào)線: 將高頻數(shù)字信號(hào)線與穩(wěn)壓器的電源線分開(kāi)布置,避免共模噪聲通過(guò)地回路耦合至穩(wěn)壓器,引起輸出不穩(wěn)定或振蕩。
十、AMS1117-3.3的典型規(guī)格參數(shù)總結(jié)
以下以表格形式總結(jié)AMS1117-3.3在典型應(yīng)用條件下的關(guān)鍵規(guī)格參數(shù),供設(shè)計(jì)者快速參考。
? 輸入電壓范圍:4.5V~15V
? 輸出電壓:3.3V ±1%(在Iout=10mA時(shí))
? 最大輸出電流:1A(需要良好散熱條件)
? 典型壓降:1.1V(在Iout=800mA時(shí))
? 靜態(tài)電流:5mA~10mA(與溫度和電流負(fù)載有關(guān))
? 紋波抑制比(PSRR):≈60dB(100Hz)
? 啟動(dòng)時(shí)間:幾十微秒至幾百微秒(取決于Cout)
? 過(guò)流保護(hù):典型1.5A(限流保護(hù))
? 熱關(guān)斷溫度:約150°C
? 工作溫度范圍:?40°C~+125°C
? 封裝形式:SOT-223、TO-220、TO-252等
十一、AMS1117-3.3在實(shí)際工程中的應(yīng)用示例
為更好地理解AMS1117-3.3的使用方法和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng),以下通過(guò)一個(gè)典型單片機(jī)開(kāi)發(fā)板3.3V電源模塊的設(shè)計(jì)示例進(jìn)行講解。
設(shè)計(jì)需求分析
? 開(kāi)發(fā)板需支持STM32F103系列MCU和ESP8266 Wi-Fi模塊工作,且整體板載外設(shè)較多,總電流需求約為600mA左右,峰值可能達(dá)到800mA。
? 電源輸入可通過(guò)USB 5V供電,也可通過(guò)外部7.4V鋰電池適配器供電。
? 要求在不同輸入電壓下都能提供穩(wěn)定的3.3V電源,并且在Wi-Fi模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)電壓波動(dòng)不超過(guò)±50mV。
? 對(duì)EMI干擾抑制有一定要求,需滿足FCC Class B標(biāo)準(zhǔn)。電路設(shè)計(jì)方案
? 穩(wěn)壓器選型: 采用AMS1117-3.3作為3.3V LDO穩(wěn)壓器,最大輸出電流1A,可滿足系統(tǒng)峰值需求。
? 輸入電路: 在輸入端(IN引腳)并聯(lián)一顆47μF低ESR鋁電解電容和一顆0.1μF陶瓷電容,用于濾除大部分輸入紋波和高頻噪聲。考慮到USB供電線較長(zhǎng),應(yīng)在走線起點(diǎn)處加裝一個(gè)47Ω的串聯(lián)電阻,限制USB線上的浪涌電流,并在電阻與輸入引腳之間再并聯(lián)一顆10μF陶瓷電容,以抑制高頻瞬變。
? 穩(wěn)壓器布局: 將AMS1117-3.3放置在開(kāi)發(fā)板中央靠近Wi-Fi模塊的一側(cè),以縮短輸出回路。輸入走線從USB接口直接引入,盡量走短且寬的銅線,輸出走線直接引至Wi-Fi模塊和STM32的電源引腳。GND地回流回線上,每個(gè)去耦電容都與穩(wěn)壓器地引腳共回到同一地平面焊盤(pán)。
? 輸出電路: 在輸出端(OUT引腳)并聯(lián)22μF低ESR鋁電解電容和0.1μF陶瓷電容,鋁電解電容負(fù)責(zé)大電流瞬態(tài),陶瓷電容負(fù)責(zé)高頻濾波。在這兩只電容之間,放置一個(gè)1Ω~2Ω的小電阻,以防止純陶瓷電容帶來(lái)的環(huán)路振蕩。并在輸出引腳至Wi-Fi模塊間加裝一個(gè)100μH的小功率電感與0.1μF電容組成二階濾波網(wǎng)絡(luò),用于進(jìn)一步抑制高頻噪聲,以滿足EMC要求。
? 散熱設(shè)計(jì): 采用SOT-223封裝的AMS1117-3.3,PCB背面在芯片散熱區(qū)域鋪設(shè)四層銅箔并通過(guò)六個(gè)熱過(guò)孔與頂層大面積地銅箔相連,通過(guò)自然對(duì)流散熱可維持結(jié)溫在85°C以?xún)?nèi)。若在高溫環(huán)境或持續(xù)大電流工作時(shí),可在背面貼附外部散熱器片,以保證安全裕度。
? EMI抑制措施: 在PCB設(shè)計(jì)中,將電源區(qū)域與數(shù)字信號(hào)區(qū)域分開(kāi),輸入端和輸出端都布置銅箔地屏蔽;在輸入輸出濾波網(wǎng)絡(luò)中選擇具有良好共模抑制效果的磁珠;并在USB接口處加裝ESD保護(hù)二極管和共模電感,提高抗干擾能力。實(shí)際測(cè)試與調(diào)試
? 空載測(cè)試: 連接5V電源后,測(cè)量AMS1117-3.3輸出電壓,空載情況下為3.307V,屬于正常范圍。
? 滿載測(cè)試: 連接約800mA負(fù)載(通過(guò)電阻負(fù)載模擬),測(cè)得輸出電壓為3.289V,電壓降約為11mV,瞬態(tài)響應(yīng)良好,無(wú)明顯振蕩。
? 瞬態(tài)測(cè)試: 利用可調(diào)直流穩(wěn)壓電源以一定速率降低輸入電壓,觀察輸出電壓直到達(dá)到約4.4V時(shí)輸出開(kāi)始下降,符合AMS1117-3.3的典型壓降特性。
? 溫度測(cè)試: 在室溫25°C環(huán)境下,滿載工作30分鐘后,SOT-223封裝散熱片區(qū)域測(cè)溫約為75°C,通過(guò)熱過(guò)孔與散熱銅箔鋪展后無(wú)異常過(guò)熱現(xiàn)象。
? EMI測(cè)試: 在電磁兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中,進(jìn)行輻射和傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試,系統(tǒng)符合FCC Class B標(biāo)準(zhǔn)。
通過(guò)該示例可以看出,合理的外圍電容選型、走線布局、散熱方案與EMI抑制設(shè)計(jì),對(duì)于保證AMS1117-3.3在實(shí)際工程應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。
十二、AMS1117-3.3常見(jiàn)故障分析與排查
在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)AMS1117-3.3出現(xiàn)輸出電壓異常、發(fā)熱過(guò)高或頻繁進(jìn)入熱保護(hù)狀態(tài)等現(xiàn)象時(shí),需要及時(shí)進(jìn)行故障排查和修復(fù)。以下列出常見(jiàn)問(wèn)題及其對(duì)應(yīng)的排查方法。
輸出電壓過(guò)低或?yàn)榱?/strong>
? 檢查輸入電壓: 確認(rèn)輸入電壓是否在4.5V至15V范圍內(nèi),并測(cè)量穩(wěn)壓器輸入端實(shí)際電壓是否與預(yù)期一致。若輸入電壓偏低,需排查上游電源是否異?;蜉斎胱呔€是否存在嚴(yán)重電壓降。
? 檢查接地連接: 確認(rèn)穩(wěn)壓器地引腳與PCB地平面是否有良好連接,無(wú)虛焊或開(kāi)焊現(xiàn)象。若地回路不良,可能導(dǎo)致參考電壓不準(zhǔn)或誤差放大器工作異常。
? 檢查反饋與引腳短路: 雖然AMS1117-3.3為固定輸出版本,但過(guò)多外部元件或焊接飛線可能誤接至ADJ/GND引腳,導(dǎo)致內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)異常。需確認(rèn)ADJ/GND引腳是否與地短路或被誤連至其他信號(hào)。
? 檢查熱關(guān)斷狀態(tài): 若穩(wěn)壓器結(jié)溫過(guò)高,熱關(guān)斷會(huì)切斷輸出,需檢查輸出電流是否過(guò)大、散熱是否不足,并給予足夠散熱或降低負(fù)載電流,使器件恢復(fù)正常工作。輸出電壓不穩(wěn)定或振蕩
? 輸出電容選擇錯(cuò)誤: 使用純陶瓷電容或ESR過(guò)低的電容,會(huì)導(dǎo)致環(huán)路相位裕度不足,引起振蕩。應(yīng)按規(guī)格書(shū)推薦選用帶有合適ESR值的電解電容或在陶瓷電容上串聯(lián)小電阻來(lái)提高ESR。
? 布線布局不合理: 輸出電容與輸出引腳之間走線過(guò)長(zhǎng)或存在環(huán)形回路,會(huì)增加寄生電感,使環(huán)路補(bǔ)償失效。需將輸出電容靠近芯片輸出引腳放置,縮短走線,并采用單點(diǎn)接地方式。
? 負(fù)載特性劇烈變化: 當(dāng)負(fù)載電流突然變化過(guò)大時(shí),若輸出電容容量不足或信號(hào)高頻濾波不合理,可能導(dǎo)致瞬態(tài)振蕩。可適當(dāng)增大輸出電容容量或在輸出端增加快恢復(fù)二極管和RC緩沖網(wǎng)絡(luò)。穩(wěn)壓器發(fā)熱過(guò)高
? 功耗過(guò)大: 計(jì)算功耗Pn=(Vin?Vout)×Iout,若差壓過(guò)大且輸出電流過(guò)大,功耗顯著增加,需要降低輸入輸出壓差或減小負(fù)載電流,否則即使散熱設(shè)計(jì)合理,也會(huì)導(dǎo)致溫升過(guò)高。
? 散熱不良: 確認(rèn)PCB是否鋪設(shè)足夠的散熱銅箔及熱過(guò)孔,若過(guò)孔不足或未拓展到底層散熱層,導(dǎo)致熱阻偏高,需增加過(guò)孔數(shù)量或增大銅箔面積,或在SOT-223背面貼散熱片。
? 環(huán)境溫度過(guò)高: 在高溫環(huán)境(>50°C)使用時(shí),芯片自身溫度會(huì)更高,需要增加外部散熱方式或降低負(fù)載電流。頻繁進(jìn)入限流保護(hù)
? 輸出短路或誤連接: 檢查輸出端是否被錯(cuò)誤地短接至地或其他低電阻路徑,清除短路故障。
? 負(fù)載電流過(guò)大: 如果負(fù)載瞬態(tài)電流需求超過(guò)限流值,穩(wěn)壓器會(huì)進(jìn)入過(guò)流保護(hù)。需要在設(shè)計(jì)中考慮電流浪涌,使用緩沖電感或電流限制電阻,確保負(fù)載電流在安全范圍內(nèi)。
? 器件損壞或參數(shù)漂移: 長(zhǎng)時(shí)間高溫或超過(guò)最大額定功率會(huì)導(dǎo)致器件老化,限流值可能隨之下降,需及時(shí)更換穩(wěn)壓器并優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)。
通過(guò)上述常見(jiàn)故障的分析與排查方法,能夠幫助設(shè)計(jì)者快速定位AMS1117-3.3在具體應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題,及時(shí)采取有效的解決措施,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
十三、AMS1117-3.3的選型建議
在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí),如何判斷AMS1117-3.3是否為最佳方案?以下從輸入電壓來(lái)源、系統(tǒng)功耗、負(fù)載特性、散熱條件、成本預(yù)算五個(gè)方面給出選型建議,供設(shè)計(jì)者參考。
輸入電壓來(lái)源與壓降需求
? 當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓穩(wěn)定在5V至12V且不頻繁波動(dòng)時(shí),AMS1117-3.3是首選;若輸入電壓靠近3.3V或波動(dòng)范圍較小(如鋰電池3.0V~4.2V),則需選用超低壓差LDO(如MIC5235系列、LT3030系列等)。
? 如果輸入電壓來(lái)自12V適配器或車(chē)載電源,需要關(guān)注芯片的最大承受輸入電壓(通常為15V)以及壓降帶來(lái)的功耗和散熱壓力。此時(shí)可選用AMS1117-3.3,但需加大散熱設(shè)計(jì)。系統(tǒng)輸出電流與功耗要求
? 當(dāng)3.3V輸出電流需求在600mA至1A范圍內(nèi),且允許一定功率損耗時(shí),AMS1117-3.3性能穩(wěn)定、成本低廉;若輸出電流需求超過(guò)1A或系統(tǒng)整體功耗敏感,則應(yīng)考慮開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器或功率更高的LDO。
? 對(duì)于對(duì)功耗要求嚴(yán)格的電池供電設(shè)備,如待機(jī)電流需盡可能小,AMS1117-3.3的靜態(tài)電流5mA~10mA可能過(guò)大,此時(shí)可選用功耗更低的LDO(如XC6206、TPS783等)。負(fù)載特性與瞬態(tài)性能
? 若系統(tǒng)負(fù)載電流變化不劇烈或主要為恒流負(fù)載,如某些傳感器系統(tǒng),可采用AMS1117-3.3;如果負(fù)載在高速通信或頻繁切換狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生大電流瞬變,例如Wi-Fi、藍(lán)牙、LTE模塊,需在輸出端加裝足夠容量的緩沖電容或改用響應(yīng)速度更快的LDO。
? 對(duì)于要求極高瞬態(tài)響應(yīng)的射頻前端或ADC采集系統(tǒng),可能需要搭配額外的電感與電容濾波器,或者直接選擇帶有專(zhuān)門(mén)瞬態(tài)控制環(huán)路的高性能LDO。散熱條件與環(huán)境溫度
? 在室溫25°C、散熱條件良好的環(huán)境下,AMS1117-3.3可支持接近1A的輸出;但在環(huán)境溫度高達(dá)60°C且散熱受限的場(chǎng)合,需要評(píng)估功耗與熱阻,或者考慮改用功率更低或效率更高的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。
? 對(duì)于可安裝外部散熱器的場(chǎng)合,TO-220封裝的AMS1117-3.3可靠性更高;對(duì)于需要黃魚(yú)片式封裝節(jié)省空間且功耗較小的應(yīng)用,可選用SOT-223封裝并結(jié)合PCB散熱方案。成本預(yù)算與產(chǎn)品供應(yīng)
? AMS1117-3.3的價(jià)格較低,適用于對(duì)成本敏感但功耗要求不高的項(xiàng)目;若需要采購(gòu)量大并且對(duì)規(guī)格要求嚴(yán)格,應(yīng)考慮評(píng)估不同廠家生產(chǎn)的AMS1117-3.3在質(zhì)量和價(jià)格上的差異。
? 在某些地區(qū),AMS1117-3.3的供應(yīng)可能會(huì)出現(xiàn)緊缺,可考慮直接更換性能相當(dāng)?shù)腖D1117V33或其他品牌的兼容型號(hào)。選型時(shí)需要對(duì)比其典型參數(shù)手冊(cè),確保輸出精度與其他關(guān)鍵指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。
綜合上述因素,當(dāng)滿足以下條件時(shí),AMS1117-3.3是合理的選擇:輸入電壓在5V至12V范圍內(nèi)、輸出電流在1A以下、系統(tǒng)對(duì)功耗和EMI要求適中、并且預(yù)算有限,需要一種經(jīng)濟(jì)高效、易于實(shí)現(xiàn)的3.3V穩(wěn)壓方案。
十四、AMS1117-3.3的典型外圍電路示例圖(文字說(shuō)明)
以下對(duì)AMS1117-3.3在實(shí)際PCB上常見(jiàn)的輸入輸出電容配置方案以文字形式進(jìn)行描述,幫助設(shè)計(jì)者在電路原理圖階段快速繪制并在PCB布局時(shí)進(jìn)行參考。
? 輸入端線路(IN):
AMS1117-3.3的IN引腳先連接至輸入電源,建議在其附近放置一顆10μF至22μF的低ESR鋁電解電容,電解電容正極接IN引腳,負(fù)極接地。隨后,在電解電容兩引腳之間,用盡量短的走線并聯(lián)一顆0.1μF陶瓷電容,陶瓷電容同樣正極接IN引腳,負(fù)極接地。若輸入電源源自長(zhǎng)線或不穩(wěn)定供電,可在IN引腳與電解電容之間串聯(lián)一個(gè)小阻值電阻(例如10Ω~47Ω),并在電阻兩端并聯(lián)一顆10μF陶瓷電容,以提高輸入濾波效果。
? 穩(wěn)壓器本體:
將AMS1117-3.3的三個(gè)引腳按照順序分別標(biāo)注為GND、OUT、IN,并將其放置在PCB上靠近負(fù)載側(cè)。確保GND引腳與PCB地銅箔直接連接,并且輸入和輸出去耦電容都靠近對(duì)應(yīng)引腳。
? 輸出端線路(OUT):
AMS1117-3.3的OUT引腳接至輸出線路,并在其附近放置一顆22μF低ESR鋁電解電容,正極接OUT引腳,負(fù)極接地。緊靠該鋁電解電容并聯(lián)一顆0.1μF陶瓷電容,正極接OUT引腳,負(fù)極接地。若需要防止振蕩,可在鋁電解電容與陶瓷電容之間在輸出引腳與電容之間串聯(lián)一個(gè)1Ω至2Ω的小功率電阻。對(duì)于對(duì)EMI要求較高的場(chǎng)合,可在OUT引腳之后串聯(lián)一個(gè)100μH的小電感,然后在電感另一端并聯(lián)0.1μF陶瓷電容形成二階濾波網(wǎng)絡(luò),將其饋入后續(xù)負(fù)載。
? 地連接:
所有去耦電容的負(fù)極與AMS1117-3.3的GND引腳匯集在同一地平面,通過(guò)最短路徑連接到板底大面積接地銅箔,并在適當(dāng)位置留置地過(guò)孔,與底層或內(nèi)層大地平面連接,以降低地阻抗和熱阻。
? 散熱布局:
在SOT-223封裝的背面區(qū)域,鋪設(shè)至少200mm2以上的大面積散熱銅箔,并通過(guò)6~8個(gè)熱過(guò)孔與底層散熱銅層相連。若布局空間允許,可在該區(qū)域貼裝小型散熱片,并保證氣流通暢。
通過(guò)上述文字描述,設(shè)計(jì)者在繪制原理圖和PCB布局時(shí)即可參照,將AMS1117-3.3的外圍器件合理擺放,確保輸入輸出穩(wěn)定并提供足夠散熱。
十五、總結(jié)與展望
AMS1117-3.3作為一種非常成熟且廣泛應(yīng)用的3.3V線性穩(wěn)壓器,憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于使用和集成過(guò)流保護(hù)與熱關(guān)斷功能等優(yōu)勢(shì),長(zhǎng)期以來(lái)一直是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中不可或缺的基礎(chǔ)元件。本文系統(tǒng)地介紹了AMS1117-3.3的概述、引腳封裝、電氣參數(shù)、內(nèi)部原理、主要性能特點(diǎn)、外圍電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及典型應(yīng)用案例,并與其他常見(jiàn)穩(wěn)壓器進(jìn)行了對(duì)比,提出了選型建議和故障排查方法,旨在幫助設(shè)計(jì)人員在面對(duì)各類(lèi)3.3V電源需求時(shí),能夠做出最優(yōu)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)取舍。
在未來(lái),隨著低壓差LDO技術(shù)的不斷進(jìn)步、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器效率的持續(xù)提升以及集成度的不斷提高,AMS1117-3.3所在的經(jīng)典線性穩(wěn)壓器市場(chǎng)將面臨更多競(jìng)品和替代方案。然而,對(duì)于中小功率、對(duì)電源噪聲要求較高且成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景,AMS1117-3.3仍將保持其不可替代的地位。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行系統(tǒng)電源方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)具體需求綜合考慮輸入電壓來(lái)源、輸出電流大小、散熱條件、成本預(yù)算以及電磁兼容要求等因素,合理選型并優(yōu)化外圍電路布局。
未來(lái),若需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率,可將AMS1117-3.3與開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器結(jié)合,采用混合式電源方案,既保證了輸出電源的低噪聲特性,又能提升整體能效,滿足更加嚴(yán)格的節(jié)能和EMI要求。隨著電子設(shè)備功耗需求多樣化和高性能、低功耗并存的趨勢(shì)日益顯著,對(duì)電源管理芯片提出了更高要求。AMS1117-3.3雖是經(jīng)典之作,但在新一代電源管理需求面前,也將繼續(xù)通過(guò)改進(jìn)型號(hào)或與其他電源管理IC配合使用,為電子系統(tǒng)的可靠運(yùn)行保駕護(hù)航。
責(zé)任編輯:David
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