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详解LDO

LDO(低压差稳压器)是一种电子器件,其作用是将高电压输入转换为稳定的低电压输出。LDO是一种线性稳压器,因其具有低噪声和低纹波的优点,而且具有较低的热损失,因此在各种应用中广泛使用。

LDO的主要结构包括输入电容、滤波电路、放大器、稳压元件和输出电容。在工作过程中,LDO首先对输入电压进行滤波,以减少电压波动,随后进行放大,最后由稳压元件进行稳压。

LDO的应用非常广泛,主要用于各种数字电子设备,例如手机、笔记本电脑、摄像机等。此外,LDO还用于各种工业和医疗设备,如PLC、仪器仪表、医疗设备等。

总的来说,LDO是一种高效、稳定和可靠的稳压器,具有广泛的应用前景。如果您正在寻找一种用于您的应用的稳压器,不妨考虑使用LDO。

LDO的主要参数有:

  1. 输入电压范围:指LDO所能接受的电压范围。
  2. 输出电压:指LDO的稳定输出电压。
  3. 输出电流:指LDO的最大输出电流。
  4. 压差:指输入电压与输出电压的差值。
  5. 噪声:指LDO的电压噪声,以mV RMS为单位表示。
  6. 纹波:指LDO的输出电压波动,以mVpp为单位表示。
  7. 动态特性:指LDO的输出电压随输入电压变化的速率。
  8. 热损失:指LDO在工作过程中产生的热量。
  9. 工作温度范围:指LDO的工作温度范围。
  10. 供电电流:指LDO的供电电流。
  11. 封装形式:指LDO的封装形式,例如SOT-23、TO-220等。

这些参数是评估LDO性能的重要因素,在选择LDO时需要考虑。不同的应用需要不同的LDO参数,因此在选择LDO时需要根据具体应用需求进行选择。

以TI TPS7A80系列LDO为例,看看这些参数在数据表中的表示。

打开TPS7A80数据表,可以看到数据表中的特性说明也是主要围绕上面几点给出的:

典型应用:

额定值

在这个表中,输入电压、输出电流和工作温度一起给出,通常情况下这三个参数再加上输出电压就构成了LDO的工作点,因为这个系列有固定输出和可调输出的多个版本,所以输出电压没有列在这个表里。

输入电压

通常说的输入电压是LDO正常工作的输入电压范围,而不是绝对最大电压,可以看到这个LDO的输入电压范围是2.2V - 6.5V。

输出电压

固定输出的版本通常把反馈环路内置,或者有一个引脚直连输出,输出固定的电压,常见的电压值有1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V等。

可调输出的版本通过外部反馈电阻,可以将输出电压调整到期望的值。TPS7A8001是可调输出电压。

输出电流

LDO正常工作的最大输出电流,可以看到是1A。

温度

这个表里给出两个温度, T J T_J TJ是结温,可以简单理解为芯片内部温度; T A T_A TA是环境温度,可以简单理解为芯片外表面的环境温度。

绝对最大值

这个表也很重要,超过这个表里的限值,意味着芯片要承受过应力,这个应力可能是电应力,也可能是热应力。

注意:几乎任何电气元件都是热敏感元件,所以在应用中一定要时刻关注温度

热相关

热设计与应用环境息息相关,良好的热设计是长期稳定工作的基础。热设计是一个很大的话题,作为基本结论,热阻越小,导热越好,温差越小。

国产厂商很少在数据表里给出热阻这么细节的参数,而是以最大允许热耗散功率来表征,这个热耗散功率也是在一定条件下测得的,如果应用中散热条件更好,则能允许更大的热功率;反之,则达不到数据表中的热功率芯片就已经废了。

这两种表征方式其实本质没有差别,直接给出最大允许热耗散功率更有利于快速估计,而给出热阻等更多细节更有利于设计优化。

想要对芯片的热性能参数有更多了解,可以参考TI这篇文档

电气参数

线调整率

表征输出电压随输入电压的变化。

负载调整率

表征输出电压随输出电流的变化。

压差

表征在一定输出电流下输入电压与输出电压的最小差值。在LDO应用中,最大压差受输出电流和允许最大热耗散功率限制,最小压差则受这个参数限制,其背后是由芯片晶体管工艺和设计决定的。

举个例子,如果输出电压固定为3.3V,输出电流为1A,那么如果输入电压为6V,则压差为2.7V,热耗散功率为2.7V,

2.7 × 47.8 ≈ 129 2.7 \times 47.8 \approx 129 2.7×47.8129

那除非环境温度很低,否则芯片肯定会挂掉,这是由热耗散功率限制的。

输出电压和输出电流要求固定后,输入电压太大不行,那小能小到啥程度呢?厂商承诺的是 3.3 V + 500 m V = 3.8 V 3.3V + 500mV = 3.8V 3.3V+500mV=3.8V,每颗芯片会有一定的差异,但肯定不会超过500mV。也就是说,输出固定3.3V 1A的情况下,输入电压要大于3.8V才行。如果小于3.8V会怎样呢?比如输入是3.5V,输出1A,那输出电压就保不住3.3V了,应该在3.0V左右。

PSRR

电源抑制比,这个参数容易被忽略,在一些对电源纹波要求比较高的应用中,PSRR和输出噪声这两个参数就很重要,而输出噪声主要由芯片工艺决定,PSRR则跟芯片设计有很大关系。这个参数表征了输出纹波对输入纹波的抑制,值越大,抑制越好。

静态电流

这个没有对应到数据表中,在低功耗应用中,这个参数非常重要,不同的厂商可能会用不同的参数来表征。TI这个芯片有使能端,所以可以用表中的 I S H D N I_{SHDN} ISHDN即关断电流这个参数来评估。这个表中还给出了 I G N D I_{GND} IGND,线性稳压器以前常被叫作三端稳压器,GND引脚跟负载是分流关系,GND引脚电流表征了芯片本身的功耗(不含热功耗),所以这个参数可以用来评估芯片在低功耗场景下的表现,从表中可以看到,1mA输出时, I G N D I_{GND} IGND最大为100uA或120uA,这个值在很多低功耗应用中是有点偏高的。有很多数据表将输出电流为0时的输入电流定义为静态电流。

其实定义本身并不重要,重要的是我们一定要找到参数定义所表征出来的电气特性,以及这些特性是如何影响系统表现的。大厂的芯片数据表本身就是非常好的学习资料,里边一般都有比较详尽的测试和说明。

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