手册上最大输入电压为15V
又 在最大输出电流(800mA)时,最大输入输出压差为1.3V
500mA,1.25V
LDO的优势是当输入与输出压差很小是,能保证输出电压的稳定。
比如输入电压6V,要求输出稳压在5V,用压差小于1V的LDO可以满足要求,但用非LDO的7805,输出就不能稳压,因为7805要求输入至少大于输入2.5V以上。
当输入电压比输出高许多的时候,用LDO不是不行,而是没必要。
关键的LDO指标和定义
备注:制造商数据手册首页一般是一些摘要信息,通常突出了一些吸引人的器件特性。关键参数经常强调典型的性能特征,但只有查阅了文档中的完整指标和其它数据后才能得到更完整的理解。另外,由于制造商提供指标的方式几乎没有标准可言,因此电源设计师需要理解用来获得电气指标表格中列出的关键参数的定义和方法。系统设计师应该密切关注关键参数,如环境和结点温度范围、图形信息中的X-Y刻度值、负载、瞬态信号的上升和下降时间以及带宽。下面讨论与ADI公司LDO的表征和应用有关的一些重要参数。
输入电压范围:LDO的输入电压范围决定了最低的可用输入电源电压。指标可能提供宽的输入电压范围,但最低输入电压必须超过压降加上想要的输出电压值。例如,150mV的压降对于稳定的2.8V输出来说意味着输入电压必须大于2.95V。如果输入电压低于2.95V,输出电压将低于2.8V。
接地(静态)电流:静态电流Iq就是输入电流IIN和负载电流IOUT之间的差值,在规定的负载电流条件下测量。对于固定电压稳压器,Iq等于接地电流Ig。对于可调稳压器,如ADP1715,静态电流等于接地电流减去来自外部分压电阻网络中的电流。
关断电流:这是指设备禁用时LDO消耗的输入电流,对便携LDO来说通常低于1.0
µA。这个指标对于便携设备关机时长待机期间的电池寿命来说很重要。
输出电压精度:ADI公司的LDO具有很高的输出电压精度,在工厂制造时就被精确调整到±1%之内(25℃)。输出电压精度在工作温度、输入电压和负载电流范围条件下加以规定。误差规定为±x%最差情况。
线路调整率:线路调整率是指输出电压随输入电压变化而发生的变化率。为了避免由于芯片温度变化引起的误差,线路调整率的测量通常在低功耗状态或使用脉冲技术进行。
动态负载调整率:只要负载电流缓慢变化,大多数LDO都能轻松地保持输出电压接近恒定不变。然而,当负载电流快速改变时,输出电压也将发生改变。当负载电流发生变化时输出电压会改变多少就决定了负载瞬态性能。
压差:压差指保持电压稳定所需的输入电压和输出电压之间的最小差值。也就是说,LDO能够在输入电压降低时保持输出负载电压不变,直到输入电压接近输出电压加上压差,在这个点输出电压将“失去”稳定。压差应尽可能小,以使功耗最小,效率最高。当输出电压降低到低于标称值
100mV的电压时,通常被认为达到了这个压差。负载电流和结点温度会影响这个压差。最大压差值应在整个工作温度范围和负载电流条件下加以规定。
启动时间:启动时间被定义为使能信号的上升沿到VOUT接近其标称值的90%时的时间。这个测试通常是接上VIN、使能引脚从断开到接通的触发条件下进行测量。备注:在使能引脚连接VIN的某些情况下,启动时间可能会大幅增加,因为带隙参考需要一定的稳定时间。在稳压器需要频繁关闭和启动以节省功耗的便携系统中,稳压器的启动时间是一个重要的考虑因素。
限流阈值:限流阈值被定义为输出电压下降到给定典型值的90%时的负载电流。例如,3V输出电压的限流阈值被定义为造成输出电压下降到3.0V的90%或2.7V时的负载电流。
工作温度范围:工作温度范围可以由环境温度和结点温度加以规定。由于LDO会发热,因此IC的工作温度总是超过环境温度,比环境温度高出多少取决于工作状态和PCB热设计。数据手册上规定有最大结点温度(TJ),因为在最大结点温度之上工作过长的时间会影响器件的可靠性——统计学上称为平均故障时间(MTTF)。
热关断(TSD):大多数LDO具有自动温度调节装置,用于防止IC发生热失控。当结点温度超过规定的热关断阈值时,这个装置将关断LDO。为了在重启之前让LDO冷却下来,要求一定的滞后时间。TSD很重要,因为它不单单保护LDO;过多的热量影响的不止是稳压器。从LDO传导到PCB(或从电路板上更热的元件传导到LDO)的热量随着时间的推移可能破坏PCB材料和焊接可靠性,也会破坏附近元件,进而缩短便携设备的寿命。另外,热关断将影响系统的可靠性。因此,用于控制电路板温度的热设计(散热器、冷却装置等)是重要的系统考虑因素。
使能输入:LDO使能信号以正和负逻辑的形式提供,用于关闭和启动LDO。高电平有效逻辑在使能端电压超过逻辑高电平门限时使能器件,低电平有效逻辑在使能端电压低于逻辑低门限电平时使能器件。使能输入允许外部控制LDO的关闭和启动,这是多电压轨系统中调整电源上电顺序的一个重要特性。一些LDO具要相当短的启动时间,因为它们的带隙参考在LDO禁用时是打开的,允许LDO更快地启动。
欠压闭锁:欠压闭锁(UVLO)可以确保只有在系统输入电压高于规定阈值时才向负载输出电压。UVLO很重要,因为它只在输入电压达到或超过器件稳定工作要求的电压时才让LDO器件上电。
输出噪声:LDO的内部带隙电压参考是噪声源,通常用给定带宽范围内的毫伏有效值表示。例如,ADP121在VOUT为1.2V时,在10kHz至100kHz的带宽范围内有40µV
rms的输出噪声。在比较数据手册指标时,给定的带宽和工作条件是重要的考虑因素。
电源抑制比:电源抑制比(PSR)用分贝表示,代表了LDO在宽的频范围(1kHz至100kHz)内对来自输入电源的纹波的抑制能力。在LDO中,PSR可以用两个频段表征。频段1从直流到控制环路的单位增益频率,这时的PSR取决于稳压器的开环增益。频段2在单位增益频率之上,这时的PSR不受反馈环路的影响,PSR取决于输出电压以及从输入到输出引脚的任何泄漏路径。选择一个适合的高值输出电容通常会改善后个频段的PSR。在频段1,ADI公司专有的电路设计可以减少由于输入电压和负载变化引起的PSR变化。为了获得最佳的电源抑制性能,PCB版图设计时必须考虑减小从输入到输出的泄漏,而且要有鲁棒性的接地性能。
最小输入和输出电容:最小输入和输出电容应大于在各种工作条件
(尤其是工作电压和温度)下的规定值。在器件选型时必须考虑应用中的各种工作条件,确保满足最小的电容规格。推荐使用X7R和X5R型电容。Y5V和Z5U电容不推荐在任何LDO电路中使用。
反向电流保持特性:采用PMOS传输管的典型LDO在VIN和VOUT之间有一个本征体二极管。当VIN大于VOUT时,这个二极管将处于反偏状态。如果VOUT大于VIN,这个本征二极管将变成前向偏置,产生从VOUT到VIN的电流,进而造成破坏性的功耗。一些LDO,如ADP1740/ADP1741,有额外的电路防止从VOUT到VIN的反向电流流动。反向电流保护电路检测到VOUT超过VIN时,将反转本征二极管连接的方向,使二极管仍处于反偏状态。
软启动:可编程软启动有助于减小启动时的浪涌电流和提供上电顺序。对于启动时要求浪涌电流受控的应用,有些LDO(如ADP1740/ADP1741)提供了可编程的软启动(SS)功能。为了实现软启动,在SS和地引脚之间需要连接一个小的陶瓷电容。
结束语
LDO执行的是一个重要功能。虽然概念上很简单,但在应用时需要考虑许多方面的因素。
LDO是low dropout
regulator,意为低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO
是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或
FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV
之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的
LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为
PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为 200mV 左右;与之相比,使用 NPN
复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的
PNP设备类似。
更新的发展使用 CMOS 功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用 CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON
电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DCDC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器,
包括LDO。但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思,这有一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,
这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压
器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA,电压降只有100mV。LDO线性稳
压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线
性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消
耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力
, 输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻
的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。
如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。所以,在把锂离子电
池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用
,LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长,同时噪音较低。
如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DCDC了,应为从上面的原理可以知道,
LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大
电流、静态电流小。随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容
器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
近几年来,随著半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的
成本不断降低,体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要
外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次,对于
中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、
可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者
PWM方式选择等。
总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上
比较。
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压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图所示,该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref相比较,两者的差值经放大器A放大后,控制串联调整管的压降,从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时,基准电压与取样电压的差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。相反,若输出电压Uout超过所需要的设定值,比较放大器输出的前驱动电流减小,从而使输出电压降低。供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。
应当说明的是,实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,而且串联调整管也可以采用MOSFET。
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