挑選線性穩壓器 (LDO)

LDO的選擇標準

為了選出一個合適的LDO,一些關鍵的指標通常是必須考慮到的,它們包括:

VIN (min)

你需要考慮輸入電壓是否能夠驅動LDO的調整管。
  • V IN(MIN) > 2.5V : PMOS類型的 LDO
  • V IN(MIN)>1.0V : 使用外加偏置電壓或內置電荷泵升壓偏置的NMOS型 LDO

VIN (max)

以下哪個輸入電壓範圍上限最適合你的應用?

VOUT

LDO的輸出電壓,有的可調,有的固定,你需要那一種?
max_input_voltage_range

固定輸出電壓的LDO具有內部回饋網路,輸出電壓可調的LDO要使用外部回饋網路,以此提供更大彈性。一些輸出可調的元件同時也具有內部回饋網路,因此也可作為固定輸出版本使用。

IOUT

你的應用需要多大的輸出電流?

所選LDO的電流輸出能力必須滿足應用需求,負載電流與輸入輸出電壓差的乘積又決定了功耗,這些都必須同時考慮。

LDO控制器也因為採用外部MOSFET來提供電流,LDO控制器通常可以有更大的電流輸出能力 。

耗散功率

你的應用中有多大的功率需要消耗在LDO上?

LDO的功耗是由LDO輸入、輸出端間的電壓降(VIN-VOUT)乘上流過它的電流所決定的,其計算公式為PD = (VIN - VOUT)* ILOAD

下圖即是特定功耗值下允許的LDO電壓降與電流之間的關係曲線。

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

當LDO的通過電流或電壓降增加時 ,會導致功耗快速增加,選擇LDO的封裝時必須考慮到這一因素,確保其可以承擔這一功耗。

表面貼裝類型的LDO所允許的最大功耗與封裝類型、PCB佈局和環境溫度有關。透過將容許的LDO最高結溫和環境溫度之間的差值(TJUNCTIONmax-TAMBIENTmax)除以結點到環境之間的熱阻θJUNCTION-AMBIENT,即可計算出容許的最大功耗PDmax。規格書中列出了熱阻θJUNCTION-AMBIENT的值,但因這個值是根據JEDEC的方法得出的,使用時可更保守謹慎。

這裡是幾種常用封裝類型實際的功率耗散限制,它是在正常的PCB佈局下(即連接到晶片引腳的PCB銅箔比引腳和散熱片略大)、PCB環境溫度為60°C、晶片結溫為125°C的條件下計算得出的。如果環境溫度更低,容許的功耗就可以更大。如果你的PCB面積比較小,或者附近還有其它的發熱元件,容許的最大功耗就可能要少些。

若想瞭解更多改善熱設計的方法,請觀看我們的 教學影片.

Low Dropout Linear

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

輸入輸出電壓差

LDO需要一定的輸入輸出電壓差來保持輸出電壓的穩定。

LDO是低壓差的線性穩壓器,這意味即使輸入電壓非常接近輸出電壓,它仍然能夠保持輸出電壓的穩定。

LDO的最小電壓差則是指, LDO會開始不能維持其穩定輸出電壓時的輸入輸出電壓差最低值。

LDO Dropout Voltage Explained

這是一個以P通道 MOSFET為調整管的LDO基本電路, MOSFET的源極與VIN連接到VIN 。為了調節輸出電壓,誤差放大器控制著相對於VIN的P- MOSFET的柵極電壓,以此控制MOSFET的傳導水準。

LDO需要一定的輸入、輸出電壓差以實現輸出電壓的調節。

當輸入和輸出間的電壓差變小時,MOSFET的工作點向其線性歐姆區移動,這在MOSFET的 I / V曲線上即是向左側移動。

在線性歐姆區中,MOSFET的特性會變為電阻性,誤差放大器會將柵極電位拉至接近地電位的水準,此時輸出電壓將無法再被調節。

Dropout Voltage

為了將輸出電壓保持在控制良好的狀態,必須確保輸入電壓加上電壓紋波和誤差以後總是高於“輸出電壓 + LDO最小電壓差”的數值。

LDO規格書中呈現的壓差曲線會顯示出LDO電壓差與輸出電流和溫度之間的關係。

借助這些曲線,我們還可以對MOSFET調整管的R DS(ON)進行計算。

觀看教學影片,瞭解更多關於LDO運作方式、壓差曲線的知識,還可通過對RT9187的實際測量瞭解電壓差和輸出電流之間的關係

Low Dropout Linear

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

PSRR——電源紋波抑制比

如果你的系統對電源紋波和雜訊很敏感,低雜訊線性穩壓器就是理想的選擇。

PSRR是電源紋波抑制比(Power Supply Ripple Rejection)的縮寫。LDO的 PSRR資料是用來量化LDO對不同頻率的輸入電源紋波的抑制能力的,它反映了LDO不受雜訊和電壓波動、保持輸出電壓穩定的能力。在立錡科技的產品規格書中,PSRR被定義為輸出電壓和輸入電壓中紋波的幅度的比值,因此,PSRR值越低,代表其性能越好。

LDO as ripple surpressor

上圖呈現出PSRR與頻率之間的關係。在頻率高達10kHz以下 ,該 LDO具有很高的開環電壓增益,能對紋波形成非常有效的抑制。

當頻率增加時,環路增益因為LDO的頻寬限制而降低,PSRR曲線隨之上翹。更高的LDO負載電流將負荷極點推向上方,所以在高負荷條件下的單位增益頻率也較高。在此範例中,10mA負載時的LDO單位增益頻率為300kHz,300mA負載時就變成了1MHz,如圖中曲線的高峰值所示。

當超過這個單位增益頻率,LDO便無法再消除波紋了,此非常高頻率出處紋波的衰減,主要藉由LDO輸出電容和它的內部寄生電容來完成。

想瞭解更多關於LDO PSRR的知識,掌握使用LDO有效地消除紋波和雜訊的設計技巧,請觀看我們的教學影片

LDO as ripple & noise filter
Low Dropout Linear

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

超低靜態電流(IQ)

你的應用是否需以小型電池作為長期工作的電源?
這種類型的系統通常只在極少時間處於活動狀態,其它的大部分時間都處於休眠,由於此占比極大,休眠時的電源消耗成為影響電池壽命的關鍵因素。要想最大限度地降低睡眠期間的功率消耗,選擇具有極低靜態電流的器件就是必須的,立錡科技具有超低靜態電流的LDO將是你的理想夥伴。

LDO的靜態電流是指由IC內部的回饋控制和驅動電路所消耗的電流,透過對流過LDO接地引腳的電流進行測量即可獲得資料。

立錡科技的低靜態電流產品中包括了靜態電流低達1 μA的產品,能讓電池壽命更加延長。



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

立錡科技的超低靜態電流LDO採用動態的靜態電流控制技術,以此達到最佳性能。以輸出電壓為2.8V的RT9063為例,它為MCU等負載提供2.8V的輸出,讓靜態電流處於1μA的低消耗狀態,這樣就可在休眠狀態裡維持最低消耗,最大限度的延長電池的壽命。一旦負載進入大電流的狀態,流入地線的靜態電流會同時增加,讓LDO的動態表現最佳化,因為一旦大電流負載出現,內部電路就需要消耗更多的電流去確保輸出電壓的穩定狀態。

若想瞭解更多關於靜態電流的知識,請觀看我們的教學影片

Low Dropout Linear

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