LDO的参数及使用注意事项

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资源描述

一、LDO电压相关参数。1,输入电压Vin(InputVoltage)。不要超出输入电压上限使用。关于输入电压的上限通常有两个,一个是工作电压的额定值,超过了工作状态就会不稳定,性能难以保证;另一个是绝对最大上限,超过了会对器件造成永久性的不可恢复性损害,甚至烧毁。低于输入电压下限可能会导致工作状态不稳定,甚至无法工作。当输入电压下降到一定程度时输出电压将不再维持在一个恒定的电压。该点发生在输入电压不断接近输出电压时。此时误差放大器会进入完全导通状态,使环路的增益变为零,对负载的稳压能力会变得很差,电源抑制比也大幅度降低。如果输入电压过小,即UinUOUT+△U时,LDO将失去稳压功能,输出电压会随输入电压而改变,此时UOUT就等于输入电压减去调整管导通电阻(RON)与负载电流的乘积,即UOUT=Uin-RON*IO。使用LDO设计电路时,输入电压满足必须Uin≥UOUT+△U。需要注意输入电压可能降低时的性能变化,要预留足够余量。2,输出电压Vout(OutputVoltage)。LDO的输出电压有固定型和可调型两种。固定型的输出电压在IC内部锁定,无法更改。可调型的,可以通过ADJ管脚(adjust)结合外部的分压电阻来调节输出电压。固定输出电压稳压器使用比较方便,而且由于输出电压是经过厂家精密调整的,所以稳压器精度很高,但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。5,输出电压精度(OutputVoltageAccuracy)。很多因素都会对LDO输出有影响。对LDO输出电压变化影响最大的是温度,因为参考电压和误差放大器对温度的变化比较敏感。其次是电阻的精度。而线性调整率、负载调整率、增益误差对精度的影响只有1%到3%.4,压差Vdif(DropoutVoltage)。压差=Uin-Uout,它被定义为输入电压与输出电压之间的差。带不同负载时有不同的Drop电压。在LDO的参数表中可以有多个甚至多组压差数据,例如在轻载、中等负载、满载条件下压差的最小值、典型值和最大值。其中,典型值仅供设计时参考,最具有实际意义的应是满载条件下压差的最大值,该参数值是在最不利的情况下测得的。设计时应以此为依据,以便留出足够的余量,确保LDO在最坏的情况下也能正常工作。另外,压差还会随输出电流的增加而增大,随温度升高而增加。为可靠起见,可按留够20~30%的压差余量来选型。在LDO中,产生压差的主要原因是在调整元件中有一个P沟道的MOS管。当LDO工作时MOS管道通等效为一个电阻,Rds(on)。二、LDO电流相关参数。1,最大输出电流Imax(MaximumOutputCurrent)。LDO类似于一个恒压源,在输出电压不变的情况下,根据负载情况来调整电流大小。LDO必须能在最不利的工作条件下给负载提供足够的电流。要注意所选择LDO负载电流的瞬态特性,以用于那些更高的瞬时峰值电流场合,需有足够余量。用电设备的功率不同,要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常,输出电流越大的稳压器成本越高。2,静态电流。静态电流等于输出电流与输入电流的差,Iq=Iin-Iout。静态电流主要由参考电压消耗电流、采样电阻消耗电流、误差放大器消耗电流和驱动晶体管基级的电流几部分组成。即使无负载时,静态电流也是存在的。对于双极型晶体管,是电流驱动器件,静态电流IQ不但随负载电流变化,而且在Vin降低时也会有所增加。对于MOS管,因为MOS管是电压驱动器件,静态电流几乎不随负载的变化而变化。静态电流也就是地引脚的电流(GroundPinCurrent),但是不多,一般为uA级别。做低功耗产品的时候要注意下。一般情况下可忽略,可直接按照输入电流等于输出电流来粗略的计算。需要留意在规格书中对IQ是如何规定的,要了解测试条件。在轻载电流时,系统效率是Iq对系统性能产生的影响之一。基本来说,具有低Iq的LDO只在轻载时效率较高。这是因为负载电流增加时,Iq只占Iin总电流的很小一部分。具有较高Iq的LDO可以大大提高系统的线路和负载阶跃响应性能。由于Iq被LDO用来实现稳压工作,Iq较高的LDO对负载需求或线路电压的突变可作出更快的响应。3,关断电流(ShutdownSupplyCurrent),关断电流是指带有使能信号的LDO来说的,当使能关闭的时候LDO消耗的静态电流。这种使能关闭状态下的静态电流会更小,因为使能关闭时,参考电压和误差放大器处于不供电的状态。4,短路电流限制Ilim(CurrentLimit)。短路限流保护是在过载后保持恒流Ilim输出,输出电压降低。随着芯片温度进一步升高,还会到达过温保护从而芯片关断。芯片设置保护就是不让芯片烧掉。5.反向泄漏保护。通常在有些LDO内晶体管的Vin引脚和Vout引脚之间会有一个寄生二极管效应,当Vout高于Vin时寄生二极管会正向导通,结果电流就从VOUT引脚流向了VDD引脚,造成了反向泄露。有的LDO集成了反向输入保护功能,在某些LDO的输出端上的电压高于输入端的电压的特殊应用中,反向泄漏保护可以有效防止电流从LDO的输出端流向输入端。如果忽视这点,这种反向泄漏会损坏输入电源,特别是当输入电源为电池的时候,尤其需要重视。三、发热相关参数。1,效率。LDO是降压型的DC转换器,因此Vin>Vout,它的工作效率计算公式:η=Pout/Pin=(Iout*Vout)/(Iin*Vin),其中Iin=Iout+Ignd,在忽略LDO静态电流(Ignd)的情况下,LDO的工作效率可以简单采用Vout/Vin来计算。在同样条件下,静态电流小的效率会好一些。2,热耗散功率PD(PowerDissipation)为了保证节点温度不至于过高,LDO的功耗必须限定在一定的范围之内。有必要计算最大允许功耗PDMAX和实际功耗PD,显然PD必须小于等于PDMAX。实际热耗散功率的计算公式为:PD=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Ignd,式中,Ignd为接地电流,有时也记作静态电流Iq。由于一般Ignd很小,所以热耗散功率常估算为:PD=(Vin-Vout)*Iout。另外说明下,器件的耗散功率与功耗(功率)是两个不同的概念,总的功率包含耗散功率。Powerdissipation只是芯片自己的热耗散功率,Powerconsumption是总的功率。以LDO来举例,输入5V转换3.3V输出,输出1A电流,那么Powerconsumption是5V*1A=5W,LDO本身的Powerdissipation是(5V-3.3V)*1A=1.7W。3,温升。温度过高会影响LDO性能,有增加PCB散热板的LDO热性能有明显改善,这点在LDO规格书中的一些与温度有关的指标温度图表中可以直观的了解。LDO温度计算公式:IC温度=环境温度+IC温升=环境温度+热阻*耗散功率。热阻的组成:RθJA=RθJC+RθCS+RθSA.单位为“°C/Watt”.其中:RθJA为LDO结到周围环境的热阻,RθJC为LDO结到表面(封装)的热阻,RθCS为LDO表面(封装)到散热片的热阻,RθSA为LDO散热片到周围环境(空气)的热阻。对于安装在典型双层FR4电解铜镀层PCB板上的5引脚SOT-23A.封装器件,RθJA约为250°C/Watt。最大允许热耗散功率(PDMAX)是最大环境温度(TA)、最大允许结温(TJMAX)和结点到空气间热阻(RθJA)的函数,计算最大热耗散功率的公式为PDMAX=(TJMAX-TA)/RθJA,一般电源LDO允许的最大节温为TJMAX=125°C。做温升预算有两种方法。一是计算热耗散功率余量,根据PDMAX=(TJMAX-TA)/RθJA计算出PDMAX,再根据PD=(Vin-Vout)*Iout计算出实际使用时的PD,如果满足PD<PDMAX并有一定余量即可。第二种方法是计算温升余量,将根据PD=(Vin-Vout)*Iout计算出的实际PD代入PDMAX=(TJMAX-TA)/RθJA这个公式中,可求出实际的结温TJ,然后将TJ与器件规格书中给出的最大允许结温TJMAX相比较,如果TJTJMAX并有一定余量,则证明该器件可用。下图是TI几个LDO的功耗在不同的输入输出压差(Vin-Vout)的情况下,不同输出电流(Iout)与所产生热量(热耗散功率PD)的关系曲线。4,热关断温度(ThermalShutdown)如果器件的结温超过热关断温度,则会激活器件的内部过热保护电路。该保护电路会禁用输出,以防止过热损坏。当器件的结温降至一定温度左右时,热保护电路被禁用,并再次重新启用输出电路。如果不降低环境温度和或耗散功率,则器件可能会因过热保护电路而导致振荡。四、稳压性能。1,线性调整率ΔVLNR(LineRegulation)线性调整率等于输出电压波动量与输入电压波动量的比值,表示输入电压每波动1V时,输出电压会有xx%V的相应波动?,以百分数表示。反映当输出电流一定时,输出电压在输入电压变动时的稳定性。LDO的线性调整率越小,说明输出电压受输入电压波动的影响越小,LDO的性能越好。增加LDO的环路增益和管子尺寸,有助于改善线性调整率。2,线性瞬态响应LineTransientResponse线性瞬态响应,也是反映输出受输入变化影响的参数,只不过是从响应变化和恢复稳定电压的时间方面来描述的,而线性调整率是从波动幅度方面来描述的。另外,线性调整率是静态参数,线性瞬态响应是动态参数。3,负载调整率ΔVLDR(LoadRegulation)负载调整率等于输出电压波动量与输出电流波动量的比值?,表示输出电流每波动1A时,输出电压会有xx%V的相应波动?,以百分数表示。反映当输入电压一定时,输出电压在输出负载电流变动时的稳定性。LDO的负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强,LDO性能越好。增加LDO的环路增益和管子尺寸,有助于改善负载调整率。4,负载瞬态响应(LoadTransientResponse)瞬态响应被定义为在输出阶跃电流条件下,输出电压的最大允许变化量。负载瞬态响应,与负载调整率指标接近,也是反映输出随负载变化的参数,只不过是从响应变化和恢复稳定电压的时间方面来描述的。另外,负载调整率是静态参数,负载瞬态响应是动态参数。在设计LDO时,想要对负载更快速的响应,需要牺牲其他指标性能。改善负载瞬态响应,需要对环路稳定性和输出电压精度进行折中,或者需要增加静态电流。过快的响应会使输出电压发生damping(降幅),而太慢的响应又会延长电压恢复正常水平的时间。瞬态响应通常与输出电容大小、等效ESR、旁路电容、最大允许负载电流等有关。为了获得更好的瞬态响应,LDO需要更宽的带宽,更大的输出容量,低ESR电容(当然要满足CSR要求)。在瞬态负载电流变化较大的电路中,或者频繁开启、关断的电路中,开始工作的瞬态会需要大电流,所以应该选瞬态响应性能好的器件。5,输出噪声eN(OutputVoltageNoise)输出噪音电压,是在一定的频率范围内的噪声电压RMS值,通常是10Hz~100kHz。大多数的噪音是由LDO内部参考电压产生的,正常的噪音电压范围为100~500uV。LDO输出噪声受其内部设计和外部旁路、补偿电路的影响。LDO输出噪声的主要来源是基准(ReferenceVoltage)。为降低基准噪声,有些型号LDO(比如TI的TPS764**系列)可以通过外接一个旁路电容(Bypass),该旁路电容与内部电阻构成低通滤波器,从而降低自身的基准噪音,使基准噪声成为输出噪声的次要因素,以减小输出噪声。6,电源纹波抑制比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio)电源纹波抑制比(PSRR)是输入电压噪声波动量(纹波)与输出电压噪声波动量(纹波)的比值,常用分贝(dB)表示。公式如下:PSRR=20log(输入纹波/输出纹波)与线性调整率类似,PSRR也是衡量LDO对输入电压波动的抑制能力,但两者所不同的是,纹波抑制比侧重于对随着输入端进来和LDO器件本身产生的各种频率干扰纹波的抑制,需要考虑很宽

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