KA_IX

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一个LDO稳压芯片需要考虑多少性能指标?

2020-12-24 12:03:14 显示全部楼层

在电子设计中,我们经常需要用到不同的直流电压给不同器件供电,其中用的最多的就是通过LDO稳压芯片来实现得到不同的直流电压输出,因为成本低、性能好,且使用起来也很简单,让LDO稳压芯片用的也越来越多,几乎每款电子产品里都有其身影。说它好用,是因为在普通设计里,只需要加入合适的输入电压,和几个滤波电容即可得到想要的输出电压,非常简单,然而也正因为这看似简单的用法,让很多技术水平参差不齐的工程师不结合自己的具体设计情况,直接依葫芦画瓢照搬别人的设计或随便找个芯片厂家推荐的应用图来用,不重视器件工作原理和性能特征,虽然输出电压也能得到,也能正常工作,但里面有很多设计隐患,随时会出问题。今天让我们摆正心态,重新全面认识下LDO稳压芯片。
LDO稳压芯片定义?
LDO即low dropout regulator,是一种低压差、线性、稳压器。
“低压差”:输入输出压降比较低,例如输入3.3V,输出可以达到3.2V。
“线性”:LDO内部的MOS管工作在线性电阻区间,这句话很重要,理解透也很重要。
“稳压器”说明了LDO的用途是用来给电源稳压。
我们常用的7805、1117系列等都是常用的LDO稳压芯片,其实7805这种芯片dropout电压大的不要不要的,当然1117系列dropout电压也小不到哪去,但因其成本低、性能够用,还是很受大家欢迎的。目前低压差做的好的能做到小于200mV,非常适合低电压产品设计里。这里要强调的是LDO稳压芯片有别于DC-DC稳压芯片,DC-DC稳压芯片偏重于将内部直流输入交流化处理,工作方式和LDO稳压芯片完全不同,类似开关电源性质。
LDO输出为什么稳定?
我们都知道LDO稳压芯片搭好电路后输出就是我们想要的值且稳定不变,那么大家想过没,为什么输出电压稳定?这里还是通过一个典型得LDO原理框图来分析。
LDO典型内部原理框图

上图中看出了LDO芯片,内部为一个P-MOS管+一个运放+2个电阻+1个参考电压源。
因此LDO核心架构:P-MOS+运放+参考电压源,通过芯片内部已经设置好的电阻来达到调节P-MOS的输出,而得到该芯片的输出电压。输出电压经过反馈电阻分压到FB引脚,当输出电压高于设定值时,内部回路会改变驱动电压,使得管子的导通压降增大,从而降低输出电压。当输出电压低于设定值时,内部回路会改变驱动电压,使得管子导通压降减小,从而提高输出电压,形成一个完美的闭环负反馈回路,确保输出电压在带负载工作时相对稳定在某一个值或范围内。
LDO稳压芯片重要性能参数
PSRR(电源电压抑制比)
PSRR是许多LDO稳压芯片数据手册中的公共技术要求,有些手册里可能未列出该参数。它规定了某个频率的AC元件从输入到LDO输出的衰减程度,通俗的讲,是指LDO输出对输入纹波噪声的抑制作用,这也是很多场合在DC/DC后级另加一颗LDO的原因(特别是后面接模拟传感器或者ADC/DAC时)。高PSRR的LDO对输出纹波的抑制效果还是很明显的。下图是某器件厂家给的PSRR特征图。如何判断LDO的PSRR参数是否足够呢,举个简单的例子,假设LDO前面的DC/DC的开关频率是100khz,通过该器件得PSRR特征图得知,100khz处的PSRR是50dB,假设前端DC/DC 纹波大小100mv,那LDO之后的纹波=100mv/10(50/20)=0.3mv,可见高PSRR特性的LDO稳压芯片是多么重要。
某LDO芯片PSRR特征图

Noise(噪声性能)
不同于PSRR,噪声是指LDO自身产生的噪声信号,低噪声的LDO稳压芯片可以很好的降低LDO产生的额外噪声,输出的电压更纯净,噪声一般计算出的值是有效值(rms),也可以用peak to peak 来分析。
某LDO芯片噪声特征图

Low Dropout Voltage(低压降)
上面开始也提到了这个参数,设计电路比如需要6v转5v时,需要保持Low Dropout Voltage参数<1 v。性能突出的LDO一般压降都很低,Vdropout可以做到<200mV。
Transient response(动态性能)
一些应用场合,负载变化剧烈,那么这时候这个参数就非常重要了,除了通过增加输出电容来确保动态性能外,也尽量选用动态性能好的LDO芯片。
某LDO芯片动态性能工作图

Thermal(温度性能)
大家都知道LDO工作效率相对DC-DC稳压芯片而言很低,那怎么去校验一个LDO是否合适呢?首先计算功耗Pd=(Vin-Vout)Iout ,其次计算温升,一般芯片手册里会说明温度性能与温升的计算公式,总之一句话,不能因为LDO芯片带负载工作时在指定的工作温度范围内烧坏了。这里要强调的是不同的封装,其LDO芯片的温度性能是不一样的。
IQ(即静态电流)
一般电池供电的场合对静态电流会有比较高的要求,一般LDO芯片的静态电流的大小与芯片的其他性能成反关系,如低噪声,高电源电压抑制比,动态性能好的LDO静态电流都偏大一些。低IQ的LDO做的好的话,<100nA。
怎样?一个看似简单的LDO稳压芯片没想到会有这么多性能指标要考虑吧,在好的设计精湛的设计里,每一个元器件的选用,所处位置,值为多少,什么型号,那都是重要而必要的,都有其科学性,不可随意替换。

来源:电子技术


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流浪小子

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