摘要 : 线性稳压器(LDO)它看起来很简单，但在很多情况下，LDO性能与您的理解相去甚远。本文讨论了静态电流、负载瞬态响应、启动和接近最小压差时的五种情况PSRR和噪声，以及输入保护。些内容有助于改进产品选择和调试。
引言 查找线性稳压器时，面对无限多的产品型号，利用参数搜索工具可以把选择范围缩小到少数几个，看起来非常简单。需要什么样的输出电压？负载电流是多少？输入电压范围如何？稳压器需要工作在什么压差下？最大输入电压是多少？包装和外部部件尺寸？下一步是细节处理。负载对电源波动非常敏感怎么办？可能需要极低的输出噪声和极高的噪声PSRR。若设计采用电池供电，则对静态电流的要求也会非常严格。 现在，您已经将范围缩小到可以满足特定应用程序的设备。但这还没有结束。在最终决定之前，还需要考虑以下五个因素。
? 如何启动稳压器？ ? 当接近最小压差时，静态电流是否仍然很低？ ? 对于实际负载，而非数据手册测试数据，器件的负载瞬态响应如何？ ? LDO输出纹波是否主要取决于输出纹波PSRR，或者主要由LDO输出噪声决定？ ? 设备关闭状态下的参数是什么？ 为什么这些问题如此重要？在实际应用中，线性稳压器的一些性能可能会让你感到奇怪，需要额外的时间来诊断电路板的故障，甚至重新设计。 本应用笔记正确LDO阐述了上述要点。希望能帮助您选择和设计线性稳压器。 1.启动 大多数稳压器都配备了能量输入来控制稳压器的电源或关闭，以节省功耗。带有能量输入的稳压器通常具有软启动功能。软启动可防止稳压器打开时输入电源过载。软启动通常采用以下两种方法之一。 电流软启动 第一种方法是软电流启动。大多数稳压器都有电流限制；软电流启动是缓慢上升或进入电流限制。由于输出电容器的充电量远小于最大负载电流，软启动使输出电压缓慢上升。软电流启动的优点是稳压器输入电流稳定上升，不会将负载启动的瞬态电流传输到输入。 输出电压斜率突然能会注意到输出电压斜率突然改变方向。这是因为负载电路打开，试图在限流条件下启动稳压器。如果负载电流超过软启动电流，负载本身将进入欠压状态，导致复位。随着负载电流的打开和关闭，循环将继续。最后，软启动电流达到足够高的水平，可支持负载供电，释放复位，正常唤醒负载电路。 电压软启动 第二个软启动是缓升输出电压。缓升输出电压会在输出电压上发生单调变化，当下游电路打开时不会发生电压瞬变。这也可以防止负载多次进入复位状态，因为输出电压仅通过负载欠压门限制一次。 电压软启动时的浪涌电流取决于输出电压和输出电压的变化斜率，再加上负载吸收的电流。一般情况下，浪涌电流约为最大额定输出电流的1%至10% (使用推荐的最小输出电容)设置输出电压斜率。将浪涌电流设置为小于最大负载电流的10%，为负载和任何额外输出电容所需的电流提供了充足。其缺点是输入电流与负载变化有关，不能直接控制；优点是可以避免系统多次复位。 图1 对比电流软启动和电压软启动。 [图片]
图1. 对比电流软启动和电压软启动 2.静态电流与压差 如果系统由电池供电，稳压器的电源电流非常重要。负载电路可以短时间工作，然后长时间待机，以节省功耗。此时，电池寿命在很大程度上取决于稳压器和负载的静态电流。在这种情况下，应考虑选择低静态电流的线性稳压器。 假设随着电池电量的消耗，输入输出之间的压差很小。此时，即使负载电流很小，线性稳压器也会被迫使用FET最大限度地减少输入和输出之间的压降。最低压差的潜在问题是驱动稳压器输出FET栅极驱动电路将消耗大电流(图2)。将待机模式转变为电池快速放电模式。 [图片]
图2. 在最低压差条件下，MG静态电流增加静态电流。 即使很好的IC在设计中，静态电流在最低压差下增加并不少见。小压差下的电源电流增加2倍是很常见的，有些设计甚至增加10倍或更多。有些设备在EC在表或静态电流与输入电压关系的典型工作特性曲线中，给出压差与电源电流之间的对应关系。但在更多情况下，数据手册给出的电源电流称为高压差。 对于具体应用，如果静态电流在低压差条件下非常重要，则应选择提供信息LDO，或实际测量，确定性能符合要求。 3.负载瞬态响应 在负载快速变化期间，大多数稳压器都有一定的能力保持输出在稳压范围内。当负载变化时，输出FET格栅驱动器需要相应的变化。格栅驱动达到新水平所需的时间决定了输出电压的瞬态下冲或过冲。 满载时的快速瞬态会导致最坏情况下的瞬态下冲。在选择稳压器之前，一定要检查瞬态响应。与1%满载作为初始条件相比，10%满载通常会给出更好的结果；因为10%负载预偏置与1%负载预偏置相比，输出FET栅极电压更接近其最终值。负载由空载变为满载，难以获得更好的负载瞬态响应。 确保稳压器的输出负载在一定程度上可以避免较大的负载瞬变，但这不是一个有效的解决方案。当稳压器从满载跳跃到轻载时，通常会发生输出过冲。当稳压器从过冲状态恢复时，设备处于相对敏感的状态 —— 此时的输出FET完全没有偏差。在这种状态下，如果有另一个负载阶跃，输出就会下降，比第一次更严重。 如果负载快速打开或关闭，最好在类似条件下检查每个稳压器的负载瞬态响应。（图3）显示了双脉冲负载瞬态期的性能。 [图片]
图3. 当双脉冲负载瞬变时，输出下冲。 4.噪声与电源抑制比(PSRR) 显然，大多数用于低噪声输出的稳压器也有优异的设计PSRR。负载对电源纹波非常敏感，纹波都非常敏感。 使用开关稳压器时，PSRR比输出噪声问题更严重。例如，线性稳压器的前端使用降压调节器产生的电压作为输入，输出端的负载对噪声非常敏感。如果降压调节器的纹波是50mVP-P @ 100kHz，100线性稳压器kHz下的PSRR为60dB，输出纹波为50UVP-P，等效输出噪声约155uVRMS。同一线性稳压器10Hz至100kHz带宽范围内的总输出噪声可能小于5uVRMS，由于PSRR输入电压纹波，使输出纹波产生的噪声达到稳压器本身噪声的3倍，如图4所示。 [图片]
图4. 主要取决于输出噪声指标的变化PSRR。 线性稳压器的输出噪声可能成为较高的输出电压PSRR决定因素。这是因为分压后反馈输入噪声增大。如果一个线性稳压器将17升压转换器的声V输出转换为噪声较小的16V电源，纹波小于1000uV。开关频率PSRR为60dB，50mVP-P升压转换器的纹波衰减至50uVP-P，或输出噪声15uVRMS。如果采用5uVRMS低噪声基准和反馈输入，让我们来看看反馈输入的问题。如果反馈输入调整在1.25V，电阻反馈网络将输出设置为16V，然后输出噪声将增加到5uVRMS x (16V/1.25V)，即64uVRMS，这可能是主要的噪声源。(图5)显示高压输出引起的输出噪声性能下降。 在寻找线性稳压器时，如果为噪声敏感的负载供电，通常需要考虑输出噪声和噪声PSRR。 [图片]
图5. 高压输出引起的噪声性能下降。 5.输入保护 大多数线性稳压器的输出调要包括体二极管，可防止输出高于0.7V以上。大多数情况下，二极管不是问题，但在两种情况下都会造成麻烦。 在某些情况下，输入电压可能会反转，导致极性反转，如放置9V电池的两个金属触点。尽管连接器能够防止电池永久性反接，但在用户更换电池时会有几秒或更长时间的反向电压。 反向电压保护允许输入引脚电压低于地电位，不吸收显著电流。为了实现这一目标，输出需要通过串联开关进行FET二极管断开。大多数稳压器包括二极管，以防止任何引脚电压低于地电位，防止引脚静电放电，即ESD。为实现反向电压保护，还需要去除二极管的影响，并采用不同的保护装置，见(图6)。 MAX1725是一款具有反向电压保护的器件，允许输入比地电位低12V，大电流不会被吸收。 [图片]
图6. 反向电压保护。 反向电流保护线性稳压器的反向电流保护容易与反向电压保护混淆。虽然效果相似，但都是阻断输出FET二极管的反向电流传导，但控制方法完全不同。(图7)反向电流保护原理。 对于容量负载较高的情况，例如，有许多分布式电源抖动电容器的音频电路由线性稳压器供电。同时，假设线性稳压器由大电流降压转换器供电，转换器在关闭状态下将其输出到地面。我们会发现，在第一次关闭期间，线性稳压器可能会损坏，因为负载电容器网络同时通过线性稳压器的二极管放电。 当输入电压降至输出电压以下时，具有反向电流保护的线性稳压器断开体二极管，可避免此问题。在稳压范围内输出电压的，FET在触发保护电路之前，会有少量的反向电流流通。注意，反向电流保护只消除从输出到输入的电流，但当输入引脚电压低于地面电位时，电流没有被阻断，就像反向电压保护一样。MAX8902是一种具有反向电流保护的装置，在输入短路到地时可阻断负载电容的电流回流。 [图片]
图7. 反向电流保护。 总结 以上讨论了线性稳压器的一些特殊情况，在数据手册或参数搜索中可能找不到。有时确定每个线性稳压器会发生什么并不容易，但了解潜在的问题为您找到正确的设备提供了很大的优势。