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LDO的原理及应用

LDO即lowdropoutregulator,是低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳压器来说的。78XX输入电压至少比输出电压高2V~3V,否则不能正常工作。但在某些情况下,这种情况显然太苛刻了,比如5V转3.3V,输入输出之间的压差只有1.7v,显然,这不符合传统线性稳压器的工作条件。鉴于这种情况,芯片制造商开发了它LDO类电压转换芯片。

低压降(LDO)线性稳压器具有成本低、噪音低、静电流小等优点。它需要很少的外部元件,通常只需要一两个旁路电容器。LDO输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA,电压降只有100mV。

看了上面的定义,不明白LDO在结构的前提下,可以联想到下图中的低压降压器。

图片

上图是最基本的稳压电路,其核心设备是稳压管。其稳压工作范围决定了输出稳压范围。通过这个简单的电路,可以实现小电流(100mA级别),小动态范围内的稳压。

升级上述电路,如下图所示:

上述电路只有2个N3055三极管的目的是提高输出负载能力。同时,三极管还引入负电压反馈,稳定输出电压。当输入电压时Vin增加或增加输出负载电阻,增加输出电压Vout三极管增加,三极管的射极电Ve如果基极电压增加,压力会增加Vb不变,则Vb-Ve输出电流会减小,Vout减小。

上图只是基础简单的低压降压器。注意,我们说的LDO,线性二字差。这里可以看到上述电路输出电压。Vout会受到Vbe影响电压波动,稳定性差。输出电压不可调。

在上述电路的基础上添加线性因素,即引入操作放大器,加深负反馈,提高输出电压稳定性。这构成了我们所说的低压差线性稳压器。电路图如下

在基本稳压管调节电路的基础上,增加了运算放大器A和分压电阻采样网络R1和R2。当输入电压Vin增加或增加输出负载电阻,增加输出电压Vout瞬间增加,通过R1、R2分压采样得到的电压也增加了,由于是反向输入,运放A的输出会相应减小,Vb-Ve输出电流会减小,Vout减小。从上图电路可以知道,LDO它通过电阻分压,即LDO只能降压,不能升压。而且电流不能太大。

LDO有很多种芯片,我用过。AMS1117,spx3819,TLV702x等等。让我们以下spx以3819为例,简单说一下LDO的应用。

spx3819的特点如下

  1. 低噪声40uV

  2. 高精度:1%

  3. 电池反接保护

  4. 低压降:340满载mV

  5. 低静态电流:90uA

  6. 零关模电流

  7. 固定输出:1.2V,1.5V,1.8V,2.5V,3.0V,3.3V,5.0V

不同的LDO根据自己的实际项目需要,具有不同的性能。

spx3819电路图如下,可见LDO外围电路很简单。LDO的优点。

spx3819为许多场景提供了三种不同的包装。

它有输出额定电压版本,即上述固定输出:1.2V,1.5V,1.8V,2.5V,3.0V,3.3V,5.0V,区分不同型号的后缀。

当然,还提供了调节电压的版本

我们上面解释过LDO原理是通过电阻分压,这使得LDO不适用于大电流场景,一般不超过1A。这也引出了LDO不可避免的话题:功耗和散热。

选择LDO首先要考虑的是LDO的最大输入电压范围和LDO电流输出能力

然后是更大的电流或更大的电流LDO电压降会导致组件功率损失高

下图显示在特定功率下,LDO电压降和LDO电流之间的关系

当LDO当功耗增加时,LDO还必须能够配合封装的散热功能见的包装如下

LDO功耗是曲跨LDO电压降乘以流过LDO由电流决定,功率主要是损失LDO导通组件是硅晶变热

功率损失取决于IC封装、PCB布局,环境温度

例如:SOT23的封装,透视图如下

中心引脚与贴有晶粒的导线架相连。散热主要是通过引脚向空中散热PCB散热。

由于外引脚与硅晶粒的结合线非常薄,即下图中的四个引脚,主要依靠中引脚散热。正如上面所说,中引脚与导线架相连。因此,可以设计中引脚PCB比较宽。

还有SOP-08包装,底铜线也可用于散热。

如果按下图设计,散热效果会更好

LDO优点包括:

(1)结构简单,外围设备少,使用方便。

(2)无开关噪声可应用于需要高精度、低噪声的模拟电路。

但缺点也很明显:

(1)只能降压,不能升压。

(2)效率低,特别是输入电压高时,一般负载电流小于1A使用情况。

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标签: 三极管2n系列

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