關(guān)于LDO以下至少有一個問題是你想知道的!
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這個參數(shù),這是LDO能做到的最小壓降。當輸入無限接近輸出電壓,此時LDO內(nèi)部MOS 處于飽和區(qū),變成直通的狀態(tài),MOS管的導(dǎo)通電阻幾乎到達最小值,如果對應(yīng)負載的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?
接上個問題繼續(xù)討論,為什么LDO規(guī)格是800mA 在實際應(yīng)用的時候卻到不了800mA?這是因為這個規(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PD(實際還包括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載不超過150mA,通常我們實際測試在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、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生成的不需要的噪聲。
另外在使用前饋電容器可調(diào) LDO 時添加前饋電容也能夠改善噪聲性能、穩(wěn)定 性、負載響應(yīng)和電源抑制比 (PSRR)。
5.輸出電容怎么選?
總會有個錯覺,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)計的時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,保障LDO輸出的穩(wěn)定性。這是因為電容的ESR 決定EA負反饋的零點,ESR過大過小都容易導(dǎo)致LDO切換負載時發(fā)生震蕩。但是現(xiàn)在的LDO內(nèi)部環(huán)路設(shè)計越來越好,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。
6.啟動電流為什么這么大?
因為啟動瞬間,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)進入非線性電阻區(qū),因此啟動電流定性粗略估計是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(除非針對性設(shè)計)。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!這個時候LDO內(nèi)部MOS直通,輸出會比輸入小一個Vdrop的壓降。器件的應(yīng)用靈活多變,只要滿足系統(tǒng)設(shè)計沒什么不行的,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)部電路實現(xiàn).
上圖是一種典型的LDO 內(nèi)部限流結(jié)構(gòu),由于達到限值后該電路 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,同時測量輸出電流相對于內(nèi)部基準 (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,直至達到電流限制。一旦超過電流限制,輸出電壓不再進,行調(diào)節(jié),并由負載電路的電阻 (RLOAD) 和輸出電流限制 (ILIMIT) 確定:VOUT = I LIMIT ×RLOAD。
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