挑选线性稳压器 (LDO)

LDO的选择标准

为了选出一个合适的LDO ,一些关键的指标通常是必须考虑到的,它们包括:

VIN (min)

你需要考虑输入电压是否能够驱动LDO的调整管。
  • V IN(MIN) > 2.5V : 这种场合可以使用PMOS类型的 LDO
  • V IN(MIN) > 1.0V : 在这种场合下,使用外加偏置电压或内置电荷泵升压偏置的NMOS型 LDO可以派上用场

VIN (max)

以下哪个输入电压范围上限最适合你的应用?

VOUT

LDO的输出电压,有的可调,有的固定,你需要那一种?
max_input_voltage_range

固定输出电压的LDO具有内部反馈网络,输出电压可调的LDO要使用外部反馈网络,它提供了更多的灵活性。一些输出可调的器件同时也具有内部反馈网络,因此也可作为固定输出版本使用。

IOUT

你的应用要求多大的输出电流?

所选LDO的电流输出能力必须满足应用的需要,负载电流与输入输出电压差的乘积又决定了功耗,这些都必须被同时考虑到。

LDO控制器因为采用外部MOSFET来提供电流,通常可以有更大的电流输出能力。

耗散功率

你的应用中有多大的功率需要消耗在LDO上?

LDO的功耗是由跨过LDO输入、输出端的电压降(VIN-VOUT)乘上流过它的电流所决定的,其计算公式为PD = (VIN - VOUT)* ILOAD

下图显示了特定功耗值下允许的LDO电压降与电流之间的关系曲线。

V<sub>Dropout</sub> vs. I<sub>OUT</sub>

流过LDO的电流或落在LDO上的电压降增加时 ,会迅速导致功耗的增加,在选择LDO的封装时必须考虑到这一因素,确保其可以承担这一功耗。

表面贴装类型的LDO所允许的最大功耗与封装类型、PCB布局和环境温度有关。通过将容许的LDO最高结温和环境温度之间的差值 (TJUNCTIONmax - TAMBIENTmax)除以结点到环境之间的热阻θJA可以计算出容许的最大功耗(PDmax)。规格书中列出了热阻θJA的值,但需要切记这个值是根据JEDEC的方法得出的,在使用时最好是稍微保守一点。

这里给出了几种常用封装类型的实际功率耗散限制,这是基于正常的PCB布局(连接到芯片引脚的PCB铜箔比引脚和散热片略大)、PCB环境温度为60°C、芯片结温为125°C的条件下计算得出的。如果环境温度更低,容许的功耗就可以更大。如果你的PCB面积比较小,或者附近还有其它的发热组件,容许的最大功耗就可能要少些。

想了解更多改善热设计的方法,请观看我们的视频教程

Low Dropout Linear

Duration : 5:00 (English, with user selectable subtitles)

输入输出电压差

LDO需要保持一定的输入输出电压差才能保持输出电压的稳定。

LDO是低压差的线性稳压器,这基本上是意味着即使输入电压非常接近输出电压时它仍然能够保持输出电压的稳定。

LDO的最小电压差被定义为跨过它的电压低至它开始不能维持其稳定输出电压时的输入输出电压差。

LDO Dropout Voltage Explained

这是一个使用P沟道 MOSFET为调整管的LDO的基本电路, MOSFET的源极与VIN相连接到VIN 。为了调节输出电压,误差放大器控制着相对于VIN的P-MOSFET的栅极电压,因而控制着MOSFET的导通程度。

LDO需要一定的输入、输出电压差以实现输出电压的调节。

当输入和输出间的电压差变小时,MOSFET的工作点向其线性欧姆区移动,这在MOSFET的 I / V曲线上即是向左侧移动。

在线性欧姆区中,MOSFET的特性变为电阻性的,误差放大器会将栅极电位拉至接近地电位的水平上。在此工作点上,输出电压便无法再被调节了。

Dropout Voltage

为了将输出电压保持在调节良好的状态下,必须确保输入电压加上电压纹波和误差以后总是高于“输出电压 + LDO最小电压差”。

LDO规格书中呈现的压差曲线会显示出LDO电压差与输出电流和温度之间的关系,借助这些曲线,我们还可以对MOSFET调整管的R DS(ON)进行计算。

观看视频,了解更多关于LDO运作方式、压差曲线的知识,还可通过对RT9187的实际测量了解电压差和输出电流之间的关系。

Low Dropout Linear

Duration : 3:13 (English, with user selectable subtitles)

电源纹波抑制比

如果你的系统对电源纹波和噪声很敏感,低噪声线性稳压器就是理想的选择。

PSRR是电源纹波抑制比(Power Supply Ripple Rejection)的缩写。LDO的 PSRR数据是用来量化LDO对不同频率的输入电源纹波的抑制能力的,它反映了LDO不受噪声和电压波动、保持输出电压稳定的能力。在立锜科技的产品规格书中, PSRR被定义为输出电压和输入电压中纹波的幅度的比值 ,因此,PSRR值越低,代表其性能越好。

LDO as ripple surpressor

在此样图中显示了PSRR与频率之间的关系。在频率高达10kHz以下 ,该 LDO具有很高的开环电压增益,能对纹波形成非常有效的抑制。

当频率增加时,环路增益因为LDO的带宽限制而降低,PSRR曲线随之上翘。更高的LDO负载电流将负荷极点推向上方,所以在高负荷条件下的单位增益频率也较高。在此范例中,10mA负载时的LDO单位增益频率为300kHz,300mA负载时就变成了1MHz,这可以从图中曲线的峰值上看出来。

在单位增益频率以上,LDO已经无法消除波纹了。在此非常高频率出处的纹波的衰减,主要是藉由LDO输出电容和它的内部寄生电容来实现的。

想了解更多关于LDO PSRR的知识,掌握使用LDO有效地消除纹波和噪声的设计技巧,请观看我们的视频教程

LDO as ripple & noise filter
Low Dropout Linear

Duration : 4:19 (English, with user selectable subtitles)

超低静态电流 (IQ)

您的应用是否需要以小型电池作为长期工作的电源?
这种类型的系统通常只在极少的时间段是处于活动状态的,其它的大部分时间里它们都处于睡眠状态。由于占比极大,睡眠阶段的电源消耗成为影响电池寿命的关键因素。要想最大限度地降低睡眠期间的功率消耗,选择具有极低静态电流的器件就是必须的,立锜科技的具有超低静态电流的LDO就成了你的当然之选。

LDO的静态电流是指由IC内部的反馈控制和驱动电路所消耗的电流,通过对流过LDO接地引脚的电流进行测量可以获得该数据。

立锜科技的低静态电流产品中包括了静态电流低达1μA的产品,正是它们为扩展电池寿命带来了希望。


Low I<sub>Q</sub> LDO typical application

立锜科技的超低静态电流LDO采用了动态的静态电流控制技术以获得最佳的性能。以输出电压为2.8V的RT9063为例,它为负载如MCU提供2.8V的输出,在轻负载状态小,它的静态电流处于1μA的低消耗状态,这样就可在负载处于睡眠状态的时间里维持最低的消耗,最大限度的延长电池的寿命。一旦负载进入大电流的状态,流入地线的静态电流就会增加,这样就会让LDO的动态表现最佳化,因为一旦大电流负载出现,内部电路就需要消耗更多的电流去确保输出电压的稳定状态。

若想了解更多的关于静态电流的知识,请观看我们的视频教程

Low Dropout Linear

Duration : 3:15 (English, with user selectable subtitles)