6.1LDO的選型

LDO由于其極低的輸入輸出壓差，當電路的分路電源有下面特點：

l要求電源轉換效率高。

l低噪音，高紋波抑制。

l占用PCB面積小，如：手機，高集成度的系統板等。

l電路中電源不允許使用電感，如手機。

l電源需要瞬時校準和輸出狀態自檢的電路。

lVI可以很接近V O ，因此可以減少LDO的耗散功率和提高效率。

l線路要求成本低和方案簡單。

此時選用LDO是最適宜，最實用，最方便，最經濟的。

在LDO的設計選型中，首先利用已知的輸入電壓V I ，需求的輸出電壓VO和輸出電流I O （max），可以計算最大功耗P D （max）：

P~D~（max）＝P~I~－P~O~                           6-1

                 ＝（V~I~－V~O~）×I~O~                    6-2

   P~I  ~：進入LDO的功率。

   P~O ~：LDO輸出的功率。

P D （max）：線性穩壓器件可以消耗的最大功率。

V~I ~：LDO的輸入電壓。

V~O ~：LDO的輸出電壓。

I~O ~：LDO的輸出電流。

注意：線性穩壓器件的I Q （靜態電流）由于比IO小很多數量級常常被忽略。因此，我們假設I I ＝I O 。

可以利用P D （max）與相應的線性穩壓器件的器件資料進行比較。如果器件資料中有功率耗散（power dissipation）表，使用P D （max）并交叉參考環境溫度，覆銅面積和氣流條件選擇相應的封裝。如果器件中只提供了相應封裝的θja ，利用下式計算θja ：

θja（max）＝（Tj－Ta）/ P D （max） 6-3

θja：熱阻, 結溫到環境溫度（℃/W）

Tj：結溫。

Ta：環境溫度。

如果P D （max）小于功率耗散表中的功率或器件資料中的θja小于上式計算的θja （max），則對應封裝的散熱是可以接收的。否則，該封裝不能采納。而且，在閱讀器件資料時要將θja 或P D （max）與應用中相應的覆銅面積和氣流綜合考慮。

當最初的線性穩壓器件的熱量散耗不足時，最先考慮的是替換不同的封裝。一般可以采用比應用所需電流更大輸出能力的線性穩壓器件以滿足合適的熱量條件。

如果，沒有其它的封裝能夠滿足應用。下面就要考慮加散熱片或替換電源的解決方案。當考慮散熱片時，利用（5-3）式計算的θja 代入（6-4）式：

θsa ≤ θja（max）－θjc －θcs 6-4

θja：熱阻（結到環境）。（℃/W）

θjc：熱阻（結到封裝表面）。（℃/W）

θcs：熱阻（結到散熱片）。（℃/W）

θsa：熱阻（散熱片到環境）。（℃/W）

注意：θcs 是封裝表面與散熱片的熱量接口，無論是空氣，PCB/覆銅或其它類型的散熱片。

選擇具有合適的θsa 的散熱片還要考慮散熱片的形狀以適應線性穩壓器件的封裝。

線性穩壓器件的壓差電壓常常被誤解。正如上面討論的，VI和VO之間的電壓差是通過線性穩壓器后的壓降。對于固定的負載電流，線性穩壓器的輸入與輸出的電壓降越小功率散耗就越低。壓差電壓是LDO技術指標中定義的能夠穩壓工作時VI和VO之間最小的差值又稱為VDO

6.2LDO的選型舉例

6.2.1LDO選型例子之一

給定TMS320C6201 DSP ，有下列的系統需要：

內核電壓Vcore ：1.8V±3%（功率Pcore ＝ 1.0W時）

I/O電壓VIO ：3.3V±5%（功率Pio ＝ 0.2W時）

LDO輸入電壓Vi ：5.0V±5%

環境溫度 Ta ：50℃

找出滿足以上條件的雙輸出LDO為DSP供電。

我們首先要確定雙輸出LDO的最大總耗散功率：

P D （core）max＝（V~I ~－Vcore）×Icore

＝（1.05×Vi－0.97×Vcore）×（Pcore /（0.97×Vcore））

＝（5.25－1.75）×（1.0 / 1.75）

＝ 2.0（W）

P D （I/O）max ＝（V ~~I ~~－ V~~O~~ （I/O））×I(I/O)

＝ （1.05×V~I~－0.95×V~IO~）×（P~IO~ /（0.95×V~IO~））

         ＝ （5.25－3.14）×（0.2/3.14）

＝ 0.134（W）

P D （max）＝P D （core）max＋P D （I/O）max

＝2.0＋0.134＝2.134（W）

下面確定某封裝的最大熱阻：

P D （max）＝（Tj（max）－Ta）/θja

θja ≦（Tj（max）－Ta）/P D （max）

大部分的LDO的數據資料中Tj（max）＝125 ℃

θja ≦（125－50）/ 2.134 ＝ 35.1（℃）

然后在公司的通用件庫里選擇合適的LDO型號。

6.2.2LDO選型例子之二

TPS76833有8腳SO封裝和20腳TSSOP封裝兩種。SO封裝對應的熱阻θja＝172℃/W,TSSOP封裝對應的熱阻θja＝32.6℃/W。試確定下列哪種封裝滿足下列工作條件：

Vi＝5.0V＋5%

Vo＝3.3V±2%

Io：0.95A

Ta＝50℃，自然通風。

首先，確定最大耗散功率

P D （max）＝（V I －V O ）×Io

＝ （（1.05×V~I~）－（0.98×V~O~））×I~O~

      ＝（5.25－3.234）×0.95

      ＝1.915（W）

更據以上條件計算相應的熱阻θja：

θja≦（Tj（max）－Ta）/Pd（max）

由TPS76833的數據資料可知，Tj（max）＝125℃。所以：

θja≦（125－50）/1.915＝39.1（℃/W）

所以，應該選擇20腳TSSOP封裝的TPS76833器件。

在LDO選型中，如果已選定的器件熱阻不能滿足，應用的熱阻條件可以考慮增加散熱片或覆銅面積的方法。必要時可以考慮更改封裝類型。在初次設計選擇器件時要根據應用條件，計算出最大熱阻。然后選擇相應的器件，這樣可以保證設計的成功應用。

6.3LDO的電路應用

LDO 的應用電路十分方便簡單，工作時僅需要二個作輸入、輸出電壓退耦降噪的陶瓷電容器，見圖6.2。

圖6.2 LDO典型應用

Vin 和Vout 的輸入和輸出濾波電容器，應當選用寬范圍的、滿足LDO等效串聯電阻(ESR)、低價陶瓷電容器，使LDO 在零到滿負荷的全部量程范圍內穩壓效果穩定。

一些LDO 有一個Bypass 附加腳，由它連接一個小的電容器，可以進一步

降低噪音。

電容器的選擇關系到設計產品的質量和成本，電容器的電容值、電介質材料

類型、物理尺寸、等效串聯電阻(ESR)等這些重要參數都是設計工程師所要考慮

的。

在LDO 使用電路的設計中，鉭電容是最優選擇，因為它的ESR值非常適合LDO輸出電容的ESR要求，不過鉭電容價格比較貴，體積相對也比較大。陶瓷電容器是很好的選擇，因為陶瓷電容器無極性和具有低的ESR，典型值<100mΩ，許多新型的LDO內部對電容的ESR有了補償，可以選用RSR很低的陶瓷電容來做輸出電容。如常用的貼片電容器X7R 電介質是比較好的，但使用成本略高，X5R 電介質較好，性能/價格比適宜，而Y5V 電介質較差，但成本較低，一般很少選用。

LDO 在PCB 板上的工藝走線十分重要，當工藝走線不良和靠近RF線時降噪性能會受影響。濾波電容器匯入地節點選擇不良時，由負載返回地的電流中，噪音和紋波都會增加。在通常的布線設計中常常遇到此類情況(圖6.3)。

圖 6.3 通常的LDO布線設計

如果將此布線線路優化，則可在由負載返回地的電流中，噪音和紋波都降至最小。如圖6.4.

圖6.4 優化后的布線設計

理想的PCB 板布線設計是接地點盡可能的粗短和走捷徑，走線一定要考慮各個器件間的干擾和輻射，器件的合理排列可有利于有效地減少各個器件間的相互干擾和輻射，如圖6.5 所示。

圖6.5 LDO布線圖

上圖中左面的布線中交流信號的回流路徑明顯要比右面的短，并且交流環路并沒有經過地平面，這樣噪音和紋波會大大減小。

7.公司庫中一些常用LDO介紹

在公司通用器件庫里，有近50款LDO，基本涵蓋了輸出電壓從0.9V到6V的大部分LDO。根據公司物料技術經理推薦，公司庫里LDO品牌推薦遵循下面原則：

Max Iout < 1.5A，優選NS、MICREL,TI；

Max Iout > 1.5A，當壓差大于800MV時，優選NS、Semtech、Sipex；

當對壓差要求小于800MV時，優選Micrel、Sipex、TI，Linear可做為備選。

下面簡要介紹幾款在公司大量應用的LDO。

7.1.2930系列

2930系列是公司用量非常大的一款LDO產品，在公司有一萬多款單板都使用這系列的各型號LDO。主要生產廠家為MICREL公司和Sipex公司。

2930系列應用于大電流輸出場合，很多時候可以替代DC-DC開關電源。主要有如下特點：

由于輸出電流很大，所以2930的封裝也比較大，并有大大的金屬散熱盤，可以直接焊接到PCB，或者加裝散熱片。

圖7.1 2930的封裝

2930的應用電路很簡單，對于固定電壓輸出的只需外加一片輸出電容即可。

7.2.1117系列

1117系列作為一個低功耗正向電壓調節器，在公司2300多種單板中使用。它可以用在一些高效率，小封裝的低功耗設計中。1117有很低的靜態電流，在滿負載時其低壓差僅為1.1V。當輸出電流減少時，靜態電流隨負載變化，并提高效率。1117可調節，以選擇1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V及5V的輸出電壓。

1117為提供多種3引腳封裝：SOT-223，TO-252，TO-220及TO-263。一個10uF的輸出電容可有效地保證穩定性，然而在大多數應用中，僅需一個更小的2.2uF電容。

1117的生產廠家有NS的LM1117和SIPEX的SPX1117，它具有如下特性：

l0.8A穩定輸出電流；

l1A穩定峰值電流；

l3端可調節(電壓可選：1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V及5V)；

l低靜態電流；

l0.8A時低壓差為1.1V；

l0.1%線性調整率/0.2%負載調整率；

l2.2uF陶瓷電容即可保持穩定；

l過流及溫度保護；

l多封裝：SOT-223，TO-252，TO-220及TO-263(現已提供無鉛封裝)。

1117內置有ESR穩定電阻，因此外接電容可以選用陶瓷電容，這樣很適宜低成本和小型化的應用。