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  • LDO是我们常用的电源解决方案,dropout voltage(压差)是LDO最常见的参数之一,但是并不是所有的工程师都能够正确的设计LDO dropout voltage,导致产品可靠性具有隐患,降低平均无故障时间。 和DCDC开关电源架构...

    原文来自公众号:工程师看海

    后台回复:LDO仿真文件

    LDO是我们常用的电源解决方案,dropout voltage(压差)是LDO最常见的参数之一,但是并不是所有的工程师都能够正确的设计LDO dropout voltage,导致产品可靠性具有隐患,降低平均无故障时间。

    和DCDC开关电源架构不同,LDO内部的管子是工作在放大状态的,在这样的大前提下,LDO输入输出必须要满足一定的压差条件,LDO才能有效进行反馈调节,正常工作。

    图片

    对于Dropout Voltage我们一共有两个必关注因素:

    第一个因素是Droput Voltage自身的范围,这个在IC内部基本已经固定了,这部分是应用工程师无法管控的,我们只能根据需求合理选型与应用。

    内部影响Dropout Voltage的几个原因,指导大家来正确选型。

    LDO内部除了基本的LDO控制电流外,往往还有一些保护电路、放电电路、逻辑控制电路等,有的LDO内部还有电荷泵等接口,这些电路都是要吃电的,所以IC的dropout voltage除了考虑内部管子的工作状态之外,还要考虑内部其他电路的供电需求

    下面的LDO,假设输出1V@Iout=300mA时,Dropout voltage 为0.14V,但是输入却不能选择1.14V,这是小于输入电压1.4V的要求,设计将不会保证性能和稳定性,有很多工程师其实是知道这点的,但是在设计时非常容易忘记这一项,容易顾此失彼,一定要仔细检查!一定要仔细检查!一定要仔细检查!

    图片

    即使LDO输入电压可以是1.14V,输出是1V@Iout=300mA,我们也不能直接选择1.14V的电源提供给LDO。

    Dropout Voltage我们无法改变,但是外部走线却是完全掌握在我们自己手里,也是应用工程师必须管控的。

    图片

    下面介绍第二个必考虑因素,走线。

    我们举“栗”说明,DCDC输出1.14V;负载需求,1V@Iout=300mA。

    下图是线路损耗拆解,在走线100mΩ的情况下,如果要满足负载1V@Iout=300mA的需求,则留给LDO的dropout voltage只有0.08v,无法满足0.14V的规格,设计也无法保证性能和稳定性。

    我们在走线时就要控制好走线的DCR,有必要仿真管控。

    图片

    然而有人说实际应用中并没有遇到电路异常的情况,这是因为我们的负载一般不会反复拉到最大负载,输出电容也会储存一部分能量,LDO本身也有一定的余量,但是这并不是合理的设计,凡是存在隐患的设计,当量产的数量升上去后,必然会暴露出问题,这就是墨菲定律,给用户带来糟糕的体验。

    上文只考虑了芯片内部和外部走线的因素,还有一种因素比较极限,这里也介绍下。

    第三个因素是前置电源的纹波影响。

    一般为了降低功耗,LDO前级选择DCDC开关降压电路,BUCK工作时会有纹波,使得LDO输入电压会有最低值,由于电容的存在,这一点的影响不是特别大,只有在极个别情况下才会考虑这点。


    图片

    以上就是LDO dropout voltage设计时几个基本的注意事项,可靠的设计一点也马虎不得,当面对十几、几十甚至几百个电源网络时,工程师们,你能保证每个LDO的dropout voltage都是最合适的设计吗?

    ---The end---

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  •  低压差线性稳压器(Low DropOut linear regulator),俗称LDO,目前在市面上用量相当巨大。大家常见的LDO有CAT6219、NCP1117、LM7805等,其的特点是低噪声,低成本,纹波小,精度高,电路简单。  LDO原理  ...
  •  低压差线性稳压器(Low DropOut linear regulator),俗称LDO,目前在市面上用量相当巨大。大家常见的LDO有CAT6219、NCP1117、LM7805等,其最大的特点是低噪声,低成本,纹波小,精度高,电路简单。  LDO原理 ...
  • LDO线性电压调节器

    千次阅读 2014-06-11 16:26:51
    Low DropOut linear regulator ),俗称 LDO ,目前在市面上用量相当巨大。大家常见的 LDO 有 CAT6219 、 NCP1117 、 LM7805 等,其最大的特点是低噪声,低成本,纹波小,精度高,电路简单。 LDO 原理说明: ...

    安森美半导体(ON Semiconductor,美国纳斯达克上市代号:ONNN)拥有跨越全球的物流网络和强大的电源半导体器件系列,是电源、计算机、消费产品、便携/无线、汽车和工业等市场应用的工程师、采购人员、分销商、及电子代工制造商之首选电源方案供应商。
      电源电路的设计是嵌入式系统设计中一个非常重要的环节。电源的可靠性、稳定性、一致性决定了一个产品的品质。一些刚参加工作的工程师在设计产品时经常会遇见很多奇怪的问题:产品容易发烫,产品工作很不稳定,产品的某参数不能达标。很多情况下,以上问题都可能与电源电路有关。因此,如何优化产品的电源电路是很多工程师所关注的话题。
      低压差线性稳压器(Low DropOut linear regulator),俗称LDO,目前在市面上用量相当巨大。大家常见的LDOCAT6219NCP1117LM7805等,其最大的特点是低噪声,低成本,纹波小,精度高,电路简单。

    LDO原理说明:

     低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如右图所示,该电路由串联调整管VT、取样电阻R1R2、比较放大器A组成。
      取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Vref相比较,两者的差值经放大器A放大后,控制串联调整管VT的压降,从而稳定输出电压。当输出电压Vout降低时,基准电压与取样电压的差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。相反,若输出电压Vout超过所需要的设定值,比较放大器输出的前驱动电流减小,串联调整管压降增大,从而使输出电压降低。供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。应当说明的是,实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,而且串联调整管也可以采用MOSFET

    LDO特性:

    l 超低纹波,高精度

    l 低压差

    l 低静态电流

    l 电压监控

    l 复位控制

    l 多通道输出

    LDO的应用领域:

     LDO的应用非常简单,很多LDO仅需在输入端及输出端各接一颗电容即可稳定工作。在LDO的应用中需要考虑压差、静态电流、PSRR等重要参数。在以电池作为电源的系统中,应当选择压差尽量低的LDO,这样可以使电池更长时间为系统供电,比如NCP600NCP629等等。
      静态电流IqIquiescent的缩写,指芯片自身所消耗的电流。在一些低功耗应用中,应当尽量选择Iq小的LDO。一些工程师在设计低功耗系统时,仅考虑MCU本身消耗的电流,而忽略电源芯片上所消耗的电流,使整个系统的待机功耗不能达标,曾经见过有的工程师在低功耗系统中选用78L05MCU提供电源,查阅数据手册可以得知78L05静态电流为1mA,不适合低功耗应用,应该选择NCP583等等。
      在射频、音频、ADC转换等应用系统中,PSRR(电源纹波抑制比)是一个很重要的参数,其体现了LDO的抗噪能力,PSRR值越高LDO输出纹波越低。下面列出了LDO的一些重要特性及应用方向

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  • 何为LDO(low dropout regulator)

    万次阅读 多人点赞 2018-07-05 18:51:31
    一、前言 在一个电路板中,我们会用到各式各样的电压,一般我们获取这些电压的途径无非3点,一个从外部引入,做滤波隔离处理;...LDO=low dropout regulator,低压差+线性+稳压器。 “低压差”:输出压降比较低,...

    笔者E林
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    一、前言

    在一个电路板中,我们会用到各式各样的电压,一般我们获取这些电压的途径无非3点,一个从外部引入,做滤波隔离处理;另一个则是电路板内部转换,内部转换无非就是 用电源芯片管理芯片来转换所需要的电压。
    一般我们使用的电源管理芯片无非就是LDO和DC-DC
    今天我们来聊聊的是LDO。

    LDO=low dropout regulator,低压差+线性+稳压器。
    “低压差”: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管工作于线性电阻。
    “稳压器”说明了LDO的用途是用来给电源稳压。

    由于一般的LDO封装都比DC-DC小的多,并且成本也低得多,因此在很多产所中,我们会使用到LDO来转换我们所需要的电压,当然在选择使用LDO的前提下,是需要满足对噪声的反应和耗电等基本要求的。

    一片spx1117m3-3.3只需要5毛钱左右,而一片TPS5430则需要5块钱,可见LDO的成本是低的很多的。

    这里写图片描述

    由上图可以看出,LDO的使用和型号特点;
    一般的LDO芯片均为一个输入、一个输出、一个使能、一个地,而不像DC-DC电源芯片一样,还需要通过外设的电阻来得到输出电压。
    型号命名特点,则是芯片型号中,就自带有了输出电压,因此在选型的时候,方便了不少。

    以上两点也是你们以后区别电源芯片是DC-DC还是LDO的重要依据。


    这段比较晦涩,但是却是选型LDO的重要点:你们选择地看吧

    在大多数应用中,LDO 主要用于将灵敏的负载与有噪声的电源相隔离。与开关稳压器不同,线性稳压器会在通路晶体管或MOSFET(用来调节和保持输出电压来达到所需的精度)中造成功率耗散。因此,就效率而言,LDO 的功率耗散会是一个显著劣势,并可能导致热问题。所以, 设计工程师需要通过尽可能降低 LDO 功率耗散,来提升系统效率和避免热复杂性,这一点很重要。

    二、从LDO芯片内部结构来分析

    这里写图片描述

    上图中看出了LDO芯片,内部为一个P-MOS+一个运放+2个电阻
    因此LDO核心架构:P-MOS+运放,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。

    LDO工作原理就一句话:通过运放调节P-MOS的输出。

    三、几个重要参数

    一般来说,看到这里,你基本可以算是入门了,普通的选型工作也足够应付。下面来聊聊一些LDO的参数,有助于根基的稳固。

    压差
    压差(VDROPOUT)是指输入电压进一步下降而造成 LDO 不再能进行调节时的输入至输出电压差。

    裕量电压
    裕量电压是指 LDO 满足其规格所需的输入至输出电压差。
    效率

    LDO 的效率由接地电流和输入/输出电压确定:
    这里写图片描述

    若需获得较高的效率,必须最大程度地降低裕量电压和接地电流。 此外,还必须最大程度地缩小输入和输出之间的电压差。输入至 输出电压差是确定效率的内在因素,与负载条件无关。例如,采用 5 V 电源供电时,3.3 V LDO 的效率从不会超过 66%,但当输入电压降至 3.6 V 时,其效率将增加到最高 91.7%。LDO 的功耗 为(VIN – VOUT) × IOUT。

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  •  LDO是low dropout regulator,意为低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。但是在一些情况...

            LDO是low dropout regulator,意为低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。

           LDO是低压降的意思,这有一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA(TI的TPS78001达到Iq=0.5uA),电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。 LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力, 输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。

      如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。所以,在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用,LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长,同时噪音较低。

      如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DCDC了,因为从上面的原理可以知道,LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。

      DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大

      电流、静态电流小。随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

         总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。 

     

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