LDO常見問題解答

關(guān)于LDO以下至少有一個(gè)問題是你想知道的!

1.為什么總是輸出不了設(shè)定的5V?

采用固定輸出5V的LDO，輸入給5.5V，輸出為什么小于5V?注意dropout這個(gè)參數(shù)，這是LDO能做到的最小壓降。當(dāng)輸入無限接近輸出電壓，此時(shí)LDO內(nèi)部MOS 處于飽和區(qū)，變成直通的狀態(tài)，MOS管的導(dǎo)通電阻幾乎到達(dá)最小值，如果對應(yīng)負(fù)載的dropout是大于0.5V的(注意dropout會隨著輸出電流的增加而增大)，輸出就會小于5V啦!

2.為什么總是這么燙?

LDO主要的功耗來自于內(nèi)部的MOS管上的壓差與輸出電流的乘積。壓差越大，電流越大，功耗越大，因此芯片就會越燙。

3.為什么到不了800mA?

接上個(gè)問題繼續(xù)討論，為什么LDO規(guī)格是800mA 在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候卻到不了800mA?這是因?yàn)檫@個(gè)規(guī)格的定義是指LDO正常工作下能夠輸出的最大電流。然而不同應(yīng)用場景對于LDO的最大工作溫度要求是不一樣的，因此對于LDO的功耗限制就不同。舉個(gè)例子LM1117( TO-263 ，注意不同封裝的熱阻參數(shù)不同)：

對于VIN=12V，VOUT=5V，最大工作溫度85℃，LM1117最大能輸出多大電流呢?

Tc(max) =TJ - PD* JθC , PD=(VIN-VOUT)*IOUT , 這里粗略估計(jì)PD(實(shí)際還包括VIN×Iground)

根據(jù) JθC=44.1℃/W(參考LM1117規(guī)格書)，對于Tc(max)=85℃，可得到IOUT最大為0.21A，保留一定裕量后建議輸出負(fù)載不超過150mA，通常我們實(shí)際測試在85℃的溫箱環(huán)境中，用熱電偶測量殼溫以JθC參數(shù)來驗(yàn)證是否可行。

注：

Tj(Junction Temperature)：芯片的硅核溫度

Ta (Ambient Air Temperature)：芯片周圍的空氣溫度

Tc(Package Case Temperature)：芯片封裝表面溫度

Tb(Ambient board Temperature)：安裝芯片的PCB表面溫度

熱阻JθA：芯片的熱源結(jié)(junction)到周圍冷卻空氣(ambient)的總熱阻。

熱阻JθC：芯片的熱源結(jié)到封裝外殼間的熱阻，這個(gè)是最常用和有用的熱阻。

熱阻JθB：芯片的結(jié)與PCB板間的熱阻。

4.噪聲哪里來的?

LDO內(nèi)部的MOS是不會開關(guān)的，因此LDO沒有開關(guān)噪聲。LDO內(nèi)部主要由MOS和EA誤差放大器構(gòu)成，我們知道運(yùn)放是存在噪聲的，因此LDO的噪聲源之一是來自于內(nèi)部的EA。另外LDO內(nèi)部的基準(zhǔn)、電阻等也會有噪聲。

一般低噪聲的LDO都具有名為“NR/SS”的特殊引腳此引腳具有雙重功能：可用于過濾內(nèi)部電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生的噪聲并 能降低 LDO 啟動或使能期間的轉(zhuǎn)換率。在此引腳上添加電容器 (CNR/SS) 將形成具有內(nèi)部電阻的阻容 (RC) 濾波器，幫助分流由電壓基準(zhǔn)生成的不需要的噪聲。

另外在使用前饋電容器可調(diào) LDO 時(shí)添加前饋電容也能夠改善噪聲性能、穩(wěn)定 性、負(fù)載響應(yīng)和電源抑制比 (PSRR)。

5.輸出電容怎么選?

總會有個(gè)錯(cuò)覺，輸出電容越大越好，越大越穩(wěn)定。然而無論對于什么器件而言，這都是錯(cuò)誤的想法!

對于沒有軟起動的LDO。如果輸出電容過大，啟動瞬間會有大電流為了穩(wěn)壓給輸出電容充電，啟動電流大。

從穩(wěn)定性來說，老的LDO在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們會在手冊中看到有注明配置電容ESR的穩(wěn)定性(stable)范圍的描述，需要按照手冊執(zhí)行電路設(shè)計(jì)，保障LDO輸出的穩(wěn)定性。這是因?yàn)殡娙莸腅SR 決定EA負(fù)反饋的零點(diǎn)，ESR過大過小都容易導(dǎo)致LDO切換負(fù)載時(shí)發(fā)生震蕩。但是現(xiàn)在的LDO內(nèi)部環(huán)路設(shè)計(jì)越來越好，因此現(xiàn)在的LDO手冊里很少有看到對輸出電容ESR有要求的相關(guān)描述了。

另外，LDO把輸入電荷搬運(yùn)到輸出電荷，Q=I*T ，Q=C*U,保證輸入輸出的C*U是對稱的，輸出電容滿足Cout>Cin*Uin/Uout是比較好的設(shè)計(jì)。

6.啟動電流為什么這么大?

因?yàn)閱铀查g，輸入5V要快速建立輸出電壓3.3.V，環(huán)路控制內(nèi)部MOS導(dǎo)通，啟動到輸出穩(wěn)壓的過程中LDO內(nèi)部MOS從飽和區(qū)進(jìn)入非線性電阻區(qū)，因此啟動電流定性粗略估計(jì)是Vin/Rds。(Rds為內(nèi)部MOS導(dǎo)通壓降)。

7.為什么輸出有過沖?

輸出的調(diào)節(jié)與LDO內(nèi)部EA有關(guān)，內(nèi)部EA的響應(yīng)能力與自身的Aol相關(guān)。我們可以看到一般對于LDO來說，Iq小的LDO，內(nèi)部EA的Aol偏小，因此其響應(yīng)能力不強(qiáng)(除非針對性設(shè)計(jì))。而有的LDO為了在某些特定應(yīng)用下防止輸出過沖，會在EA的反饋端加RC做軟啟動。

深入理解LDO的Line Transient

8.輸入小于輸出到底行不行?

行!這個(gè)時(shí)候LDO內(nèi)部MOS直通，輸出會比輸入小一個(gè)Vdrop的壓降。器件的應(yīng)用靈活多變，只要滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒什么不行的，只是這種用法比較少見。

9.LDO能不能限流?

LDO 中的電流限制定義為，建立所施加電流的上限。與恒流源不同，LDO 按需輸出電流，同時(shí)還會控制調(diào)節(jié)的總功率。電流限制通過用于控制 LDO 內(nèi)輸出級晶體管的內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn).

上圖是一種典型的LDO 內(nèi)部限流結(jié)構(gòu)，由于達(dá)到限值后該電路 會突然停止輸出電流，通常被稱為“磚墻”電流限制。此內(nèi)部電路中，LDO 測量反饋的輸出電壓，同時(shí)測量輸出電流相對于內(nèi)部基準(zhǔn) (IREF) 的縮放鏡像。在磚墻電流限制中，已定義電流上限，LDO 會逐漸增大供應(yīng)電 流，直至達(dá)到電流限制。一旦超過電流限制，輸出電壓不再進(jìn)，行調(diào)節(jié)，并由負(fù)載電路的電阻 (RLOAD) 和輸出電流限制 (ILIMIT) 確定：VOUT = I LIMIT ×RLOAD。