AMS1117穩(wěn)壓芯片參數(shù)詳解

AMS1117系列穩(wěn)壓芯片因其成本效益、易用性和可靠性，在各種電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。它是一款低壓差（LDO）線(xiàn)性穩(wěn)壓器，能夠?qū)⑤^高的輸入電壓穩(wěn)定到較低的輸出電壓，同時(shí)具有相對(duì)較低的功耗。本篇將深入探討AMS1117的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)、工作原理、典型應(yīng)用以及設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的事項(xiàng)。

AMS1117概述

AMS1117是一款常用的三端低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，由Advanced Monolithic Systems（AMS）公司生產(chǎn)。它提供多種固定輸出電壓版本（如1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、5V等）以及可調(diào)輸出電壓版本。該系列芯片以其卓越的性能和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于PC主板、DVD播放器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備、便攜式設(shè)備以及各種微控制器供電等領(lǐng)域。其低壓差特性使其在輸入電壓與輸出電壓接近的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠有效提高電源轉(zhuǎn)換效率。

AMS1117關(guān)鍵參數(shù)詳解

理解AMS1117的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)于正確選擇和應(yīng)用該芯片至關(guān)重要。以下是對(duì)其主要參數(shù)的詳細(xì)解析：

1. 輸出電壓 (Output Voltage, VOUT)

AMS1117系列提供固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類(lèi)型。

• 固定輸出電壓版本： 常見(jiàn)的有AMS1117-1.2V, AMS1117-1.8V, AMS1117-2.5V, AMS1117-3.3V, AMS1117-5.0V等。這些芯片的輸出電壓在內(nèi)部已經(jīng)設(shè)定好，用戶(hù)無(wú)需外部電阻分壓即可獲得所需的固定電壓。這簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了外部元件數(shù)量。

• 可調(diào)輸出電壓版本 (ADJ)： 如AMS1117-ADJ。這類(lèi)芯片通過(guò)在調(diào)整端（ADJ）連接外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來(lái)設(shè)定輸出電壓。其輸出電壓通常由以下公式計(jì)算：VOUT=VREF×(1+R1R2)+IADJ×R2其中，VREF 是內(nèi)部參考電壓，通常為1.25V；R1 和 R2 是外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻值；IADJ 是調(diào)整端電流，通常很小，在大多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)。通過(guò)選擇合適的 R1 和 R2 值，可以靈活地獲得所需的輸出電壓。

2. 壓差 (Dropout Voltage, VDROPOUT)

壓差是線(xiàn)性穩(wěn)壓器的一個(gè)重要參數(shù)，指的是在輸出電壓仍能保持穩(wěn)定的情況下，輸入電壓與輸出電壓之間的最小差值。對(duì)于A(yíng)MS1117，在1A輸出電流下，其典型壓差為1.2V。這意味著如果需要輸出5V電壓，輸入電壓至少需要5V + 1.2V = 6.2V才能保證穩(wěn)壓器正常工作并輸出穩(wěn)定的5V。較低的壓差意味著更高的效率，尤其是在輸入電壓與輸出電壓接近的應(yīng)用中。

3. 輸出電流 (Output Current, IOUT)

AMS1117系列穩(wěn)壓器能夠提供的最大連續(xù)輸出電流通常為1A。這意味著它可以為需要高達(dá)1A電流的負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓。在選擇芯片時(shí)，必須確保其最大輸出電流能力大于或等于負(fù)載所需的峰值電流，并留有足夠的裕量以應(yīng)對(duì)瞬態(tài)電流需求。長(zhǎng)時(shí)間工作在接近最大輸出電流的情況下，需要特別注意散熱問(wèn)題。

4. 靜態(tài)電流 (Quiescent Current, IQ)

靜態(tài)電流是指在沒(méi)有負(fù)載（或輕負(fù)載）的情況下，穩(wěn)壓器自身消耗的電流。對(duì)于A(yíng)MS1117，典型的靜態(tài)電流在mA級(jí)別，例如10mA左右。較低的靜態(tài)電流對(duì)于電池供電或?qū)拿舾械膽?yīng)用至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懺O(shè)備的待機(jī)時(shí)間。

5. 輸入電壓范圍 (Input Voltage Range, VIN)

AMS1117的輸入電壓范圍通常為1.5V至15V（具體取決于不同的版本和封裝）。超出此范圍的輸入電壓可能會(huì)導(dǎo)致芯片損壞或無(wú)法正常工作。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確保輸入電壓始終處于芯片的建議工作范圍內(nèi)。

6. 線(xiàn)性調(diào)整率 (Line Regulation)

線(xiàn)性調(diào)整率衡量的是當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓保持穩(wěn)定的能力。它通常表示為輸出電壓變化量與輸入電壓變化量的比值（mV/V或%/VIN）。AMS1117的線(xiàn)性調(diào)整率通常在0.2%左右，表示其對(duì)輸入電壓變化的抑制能力較好。

7. 負(fù)載調(diào)整率 (Load Regulation)

負(fù)載調(diào)整率衡量的是當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓保持穩(wěn)定的能力。它通常表示為輸出電壓變化量與負(fù)載電流變化量的比值（mV/A或%/IOUT）。AMS1117的負(fù)載調(diào)整率通常在0.4%左右，表示其在負(fù)載變化時(shí)也能提供相對(duì)穩(wěn)定的輸出。

8. 溫度漂移 (Temperature Stability)

溫度漂移是指在不同環(huán)境溫度下，穩(wěn)壓器輸出電壓的變化量。良好的溫度穩(wěn)定性意味著在寬溫度范圍內(nèi)，輸出電壓都能保持相對(duì)恒定。AMS1117系列在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)（通常為-40°C至125°C）具有良好的溫度特性，適用于各種環(huán)境。

9. 紋波抑制比 (Ripple Rejection Ratio, PSRR)

紋波抑制比（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）衡量的是穩(wěn)壓器抑制輸入電源紋波的能力。較高的PSRR意味著即使輸入電源存在較大的紋波，輸出電壓也能保持平滑。AMS1117在低頻段具有較好的PSRR，有助于提供純凈的直流輸出。

10. 瞬態(tài)響應(yīng) (Transient Response)

瞬態(tài)響應(yīng)描述的是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流發(fā)生瞬變時(shí)，穩(wěn)壓器輸出電壓恢復(fù)穩(wěn)定的速度和程度。良好的瞬態(tài)響應(yīng)意味著在負(fù)載突然變化時(shí)，輸出電壓能夠迅速恢復(fù)到設(shè)定值，且過(guò)沖/下沖幅度較小。為了優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，通常需要在輸出端添加合適的電容器。

11. 熱關(guān)斷保護(hù) (Thermal Shutdown Protection)

AMS1117內(nèi)置熱關(guān)斷保護(hù)功能。當(dāng)芯片內(nèi)部溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值（通常為160°C左右）時(shí)，穩(wěn)壓器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以防止芯片因過(guò)熱而損壞。當(dāng)溫度降低到安全范圍后，穩(wěn)壓器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)工作。這項(xiàng)功能大大提高了芯片的可靠性。

12. 限流保護(hù) (Current Limit Protection)

AMS1117還具備限流保護(hù)功能。當(dāng)輸出電流超過(guò)芯片的內(nèi)部設(shè)定值（通常略高于1A）時(shí)，穩(wěn)壓器會(huì)自動(dòng)限制輸出電流，以保護(hù)芯片和負(fù)載免受過(guò)流損害。

13. 封裝類(lèi)型 (Package Type)

AMS1117系列芯片提供多種封裝形式，常見(jiàn)的有SOT-223、TO-252 (DPAK) 和TO-263 (D2PAK) 等。SOT-223封裝體積小巧，適用于空間受限的應(yīng)用；TO-252和TO-263封裝散熱性能更好，適合需要更大輸出電流的應(yīng)用。不同封裝類(lèi)型的散熱能力對(duì)芯片的最大輸出電流有直接影響。

AMS1117工作原理

AMS1117的核心是一個(gè)誤差放大器、一個(gè)通過(guò)晶體管或FET實(shí)現(xiàn)的通（pass）元件、以及一個(gè)內(nèi)部參考電壓源和反饋網(wǎng)絡(luò)。

1. 參考電壓源： 芯片內(nèi)部集成了一個(gè)高精度的帶隙（Bandgap）參考電壓源，為穩(wěn)壓器提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。

2. 誤差放大器： 誤差放大器負(fù)責(zé)比較輸出電壓（通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)分壓后）與內(nèi)部參考電壓。如果輸出電壓偏離設(shè)定值，誤差放大器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。

3. 通元件（功率晶體管）： 誤差信號(hào)被送往通元件（通常是一個(gè)NPN晶體管或P溝道MOSFET）的基極或柵極。通元件串聯(lián)在輸入電源和負(fù)載之間，其壓降由誤差放大器控制。

4. 反饋網(wǎng)絡(luò)： 對(duì)于固定輸出版本，反饋網(wǎng)絡(luò)是內(nèi)部集成的電阻分壓器，用于將輸出電壓的一部分反饋給誤差放大器。對(duì)于可調(diào)版本，用戶(hù)通過(guò)外部電阻分壓器構(gòu)建反饋網(wǎng)絡(luò)。

5. 工作循環(huán)： 如果輸出電壓下降，誤差放大器會(huì)檢測(cè)到與參考電壓的偏差，并增加通元件的導(dǎo)通程度，從而降低其上的壓降，使更多的電流流向負(fù)載，從而提高輸出電壓。反之，如果輸出電壓升高，誤差放大器會(huì)減少通元件的導(dǎo)通程度，提高其壓降，從而降低輸出電壓，使其回到設(shè)定值。通過(guò)這種負(fù)反饋機(jī)制，AMS1117能夠持續(xù)調(diào)節(jié)通元件，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

AMS1117典型應(yīng)用

AMS1117的廣泛應(yīng)用得益于其穩(wěn)定的性能和靈活的電壓選擇。

1. 微控制器供電

許多微控制器（如AVR、PIC、STM32等）通常需要3.3V或5V的穩(wěn)定供電。AMS1117可以方便地將較高電壓（如9V電池或12V適配器）轉(zhuǎn)換為微控制器所需的穩(wěn)定電壓，為其提供可靠的工作環(huán)境。

2. 數(shù)字電路供電

在各種數(shù)字電路中，如FPGA、CPLD、DSP等，對(duì)電源的穩(wěn)定性要求極高。AMS1117可以為這些數(shù)字IC提供精確且低噪聲的供電，確保其正常功能和數(shù)據(jù)完整性。

3. USB供電設(shè)備

USB接口通常提供5V電源，但如果需要為連接的設(shè)備提供不同電壓，或者需要更穩(wěn)定的5V電源，AMS1117可以作為二次穩(wěn)壓器使用，提供所需的電壓。

4. 電池供電系統(tǒng)

在便攜式設(shè)備和電池供電系統(tǒng)中，AMS1117的低壓差特性使其成為理想的選擇。它可以最大限度地利用電池電量，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。例如，將多節(jié)鋰電池的電壓（如7.4V或11.1V）穩(wěn)定到所需的5V或3.3V。

5. 局部穩(wěn)壓（Point-of-Load Regulation）

在大型電路板或系統(tǒng)中，為了降低電源線(xiàn)的壓降和噪聲干擾，常常在靠近負(fù)載的地方放置穩(wěn)壓器，進(jìn)行局部穩(wěn)壓。AMS1117因其小巧的體積和良好的性能，非常適合這種應(yīng)用。

6. 傳感器和模擬電路供電

雖然AMS1117主要用于數(shù)字電路，但在對(duì)電源噪聲要求不極度苛刻的傳感器和部分模擬電路中，它也能提供相對(duì)穩(wěn)定的電源。對(duì)于高精度模擬電路，可能需要更低噪聲的LDO。

AMS1117設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在使用AMS1117時(shí)，除了理解其參數(shù)外，還需要注意一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，以確保其穩(wěn)定可靠地工作。

1. 輸入和輸出電容的選擇

輸入電容 (CIN): 建議在A(yíng)MS1117的輸入端放置一個(gè)至少10μF的電解電容（或鉭電容），以及一個(gè)0.1μF的陶瓷電容。輸入電容有助于濾除輸入電源上的紋波和高頻噪聲，并為瞬態(tài)電流提供能量?jī)?chǔ)備，從而提高穩(wěn)壓器的輸入穩(wěn)定性。輸入電容應(yīng)盡可能靠近芯片的輸入引腳放置。

輸出電容 (COUT): 輸出電容對(duì)于A(yíng)MS1117的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。建議使用一個(gè)ESR（等效串聯(lián)電阻）在0.3Ω到10Ω之間的電解電容或鉭電容，容量至少為10μF。ESR過(guò)低或過(guò)高的電容都可能導(dǎo)致穩(wěn)壓器振蕩。例如，陶瓷電容通常具有非常低的ESR，如果單獨(dú)使用可能會(huì)導(dǎo)致振蕩，因此常與ESR稍高的電解電容并聯(lián)使用。輸出電容不僅可以改善瞬態(tài)響應(yīng)，還能抑制輸出紋波和噪聲。同樣，輸出電容也應(yīng)盡可能靠近芯片的輸出引腳放置。

2. 散熱設(shè)計(jì)

AMS1117是一款線(xiàn)性穩(wěn)壓器，其工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量。產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)以下公式估算：PD=(VIN?VOUT)×IOUT其中，PD 是功耗，VIN 是輸入電壓，VOUT 是輸出電壓，IOUT 是輸出電流。

功耗產(chǎn)生的熱量必須通過(guò)芯片封裝散發(fā)出去。對(duì)于SOT-223封裝，其散熱能力有限，在電流較大或壓差較大時(shí)可能需要額外的散熱措施。TO-252和TO-263封裝的散熱性能較好，可以通過(guò)PCB上的大面積銅箔或額外的散熱片來(lái)輔助散熱。過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致芯片進(jìn)入熱關(guān)斷保護(hù)，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必根據(jù)預(yù)期的最大功耗和環(huán)境溫度進(jìn)行充分的散熱考量。

3. 可調(diào)電壓版本的電阻選擇

對(duì)于A(yíng)MS1117-ADJ，選擇 R1 和 R2 的值時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 精度： 使用精度更高的電阻（如1%精度）可以獲得更精確的輸出電壓。

• 電流： 流過(guò) R1 和 R2 的電流應(yīng)足夠大，以使其遠(yuǎn)大于 IADJ (調(diào)整端電流)，通常建議這個(gè)電流在mA級(jí)別。這可以降低 IADJ 變化對(duì)輸出電壓的影響。

• 功率： 檢查電阻的功耗是否在額定范圍內(nèi)。

4. 接地和布線(xiàn)

良好的接地和布線(xiàn)對(duì)于穩(wěn)壓器的性能至關(guān)重要。

• 單點(diǎn)接地： 盡可能采用星形接地或單點(diǎn)接地，將輸入電容、輸出電容和芯片的地引腳連接到公共地平面，以避免地環(huán)路噪聲。

• 短粗走線(xiàn)： 輸入和輸出電源路徑的走線(xiàn)應(yīng)盡可能短而粗，以減小走線(xiàn)電阻和感抗，從而降低壓降和噪聲。

• 避免交叉干擾： 避免將高頻信號(hào)線(xiàn)或大電流走線(xiàn)靠近穩(wěn)壓器或敏感信號(hào)線(xiàn)，以減少電磁干擾。

5. 保護(hù)措施

盡管AMS1117內(nèi)置了熱關(guān)斷和限流保護(hù)，但在某些應(yīng)用中，可能還需要額外的保護(hù)措施。

• 輸入反接保護(hù)： 如果輸入電源可能發(fā)生反接，可以在輸入端串聯(lián)一個(gè)二極管進(jìn)行保護(hù)，但會(huì)增加壓降。

• 輸出短路保護(hù)： 雖然芯片有短路限流，但在極端情況下，額外的外部保險(xiǎn)絲或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲可以提供更高級(jí)別的保護(hù)。

6. 噪聲考慮

線(xiàn)性穩(wěn)壓器通常比開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具有更低的輸出噪聲，但仍需注意。為了進(jìn)一步降低輸出噪聲，除了使用合適的輸出電容外，還可以考慮：

• 輸入電源的純凈度： 盡量使用紋波較小的輸入電源。

• RC濾波器： 在某些對(duì)噪聲要求極高的應(yīng)用中，可以在穩(wěn)壓器輸出端增加一個(gè)RC濾波器來(lái)進(jìn)一步降低高頻噪聲，但會(huì)增加額外的壓降。

總結(jié)

AMS1117系列穩(wěn)壓芯片以其卓越的性?xún)r(jià)比、穩(wěn)定的性能和廣泛的應(yīng)用前景，在電源管理領(lǐng)域占據(jù)重要地位。通過(guò)深入理解其各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，包括輸出電壓、壓差、輸出電流、靜態(tài)電流、調(diào)整率、保護(hù)功能以及封裝類(lèi)型，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。正確選擇輸入輸出電容、進(jìn)行充分的散熱設(shè)計(jì)、優(yōu)化布線(xiàn)以及考慮必要的保護(hù)措施，將確保AMS1117在您的電路中穩(wěn)定、可靠地工作，為您的電子設(shè)備提供高質(zhì)量的電源。