作者：Andrew Radosevich，产品应用首席工程师

Matt Grobelny，产品营销经理

 

本系列文章由两部分组成，第一部分介绍电压输入至输出控制(VIOC)系统。这种系统通常配置为具有VIOC特性的低压差(LDO)稳压器和降压拓扑开关稳压器的组合。随后，文章针对VIOC系统设计提供了具体指导，包括LDO和开关稳压器的建议搭配清单，并说明了搭配的理由。最后，文章阐述了如何使用LDO的VIOC特性来降低LDO输出端的噪声、优化功耗、在故障期间保护系统，确保系统在启动和过载等动态条件下正常运行。第二部分在第一部分的基础上，进一步探讨了VIOC系统设计，并介绍了VIOC的工作原理和背景。

 

在电源管理领域，低压差(LDO)稳压器对确保电子元器件获得高性能电源起着关键作用。LDO的低噪声性能至关重要，尤其是在精密模拟电路、RF系统和医疗设备等噪声敏感型应用中，LDO可提供纯净的电源，有效降低干扰，增强信号完整性。LDO与电压输入至输出控制(VIOC)功能及兼容的开关稳压器配合使用时，可形成一个始终维持最佳输入输出电压差的系统。这种设计不仅能显著降低噪声，实现高电源电压抑制比(PSRR)，还能确保系统高效运行、受到保护且具备强大性能。本文深入探讨了实现VIOC的复杂细节，并阐述了VIOC的优势和实际应用。通过了解VIOC的协同作用，工程师可以优化各种电子设备的电源管理解决方案。

 

无论是否带有VIOC，LDO都属于电源管理产品类别。电源管理涉及使用稳压器或转换器等集成电路(IC)来为放大器、数据转换器或处理器等电子负载供电。LDO是电源管理IC的一个子类，旨在为电子负载直接供电，主要作用包括：提升负载性能，有效降低负载之间不必要的相互干扰，确保系统中的电源IC和负载按正确时序上电和关断。

带VIOC的LDO通过内部电路提供一个外部信号来控制为LDO供电的开关稳压器的输出，从而使LDO的输入输出电压差保持恒定，如图1所示。线性稳压器本质上是晶体管电路，能够以相对较低的噪声供电，但对输入输出电压差很敏感，效率也由此决定。开关稳压器通过功率晶体管（开关）的快速切换来传输能量。开关稳压器使用功率开关及电感和二极管，高效地将输入电压转换为更适合为LDO供电的电压。
 

图1.此VIOC系统为LDO维持一致的输入输出电压差

典型的VIOC电路采用降压开关稳压器来为具有VIOC特性的LDO供电。由此得到的电路是一种非常强大的配置，兼具降压稳压器的高效率特性和LDO的低噪声性能。降压稳压器又称为降压转换器，是一种开关转换器，能够高效地将输入转换为低于输入电压的稳定输出。

创建VIOC电路的第一步是选择LDO和开关稳压器。ADI公司提供多种集成VIOC功能的LDO。LT3045-1和LT3041系列及LT3073、LT3074和LT3078系列均有最新版本的VIOC特性。LT3045-1和LT3041线性稳压器的输出电流范围为500 mA至1 A，输入电压范围约为2 V至20 V，只需要一个输入电源。LT3073、LT3074和LT3078的输出电流范围为3 A至5 A，输入电压范围为0.6 V至5.5 V，需要一个额外的低电流BIAS输入电源。任何带有反馈(FB)引脚的开关稳压器都可以与这些使用VIOC的LDO组合使用，但在选择设计所用开关稳压器之前，请注意以下事项：
• 支持VIOC的LDO可与任何类型的开关稳压器拓扑配合使用，但最常与降压稳压器配合使用。
• LT3045-1和LT3041 LDO必须与FB电压为1 V或更低的开关稳压器搭配，使得LDO VIOC引脚可以在1 V电压下工作（有关详细信息，请参阅数据手册）。
• 在VIOC系统中，具有补偿引脚的开关稳压器与没有补偿引脚的开关稳压器相比，可能更容易稳定。
• 开关稳压器和LDO评估板可以方便地评估VIOC系统硬件的工作。
• 具有VIOC功能的LDO不能与Silent Switcher^® 3 (SS3)开关稳压器搭配使用，因为SS3稳压器没有常规FB引脚。
• 与典型VIOC电路相比，带有集成高侧反馈电阻的µModule^®稳压器无法使LDO保持恒定的输入输出电压差。
• 使用VIOC的电路需要专用电压轨作为LDO前级，而不是支持多个电压轨的前级。
• 与独立LDO设计相比，VIOC需要更多元件。VIOC电路所需的额外元件包括：为LDO供电的开关稳压器的反馈分压器中的额外电阻器，以及开关稳压器输出通常使用的额外电容。
 
为了简化设计过程，ADI提供了指导，说明哪些降压开关稳压器最适合搭配带有VIOC特性的特定LDO使用。表1列出了与具有VIOC的推荐LDO组合使用的合适开关稳压器，并提供了所有LDO的说明。这些搭配基于前面列出的考虑因素，因此在构建由降压稳压器和具有VIOC特性的LDO组成的VIOC电路时，请遵循上文和表1中给出的指导。表1所列LDO的数据手册中提供了许多VIOC电路参考设计。
 
表2提供了表1所列降压稳压器的详细说明。这些信息有助于设计人员选择不仅满足电气要求，而且符合限制条件（例如开关稳压器的输入电压范围、负载电流能力和工作电流）的稳压器。除了推荐用于VIOC的开关稳压器外，表2还列出了开关稳压器的反馈引脚电压、可用模式、评估板产品型号和补偿引脚的可用性。