關(guān)于線性穩(wěn)壓器你應(yīng)該知道的五件事

雖然線性穩(wěn)壓器 （LDO） 看起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但在許多情況下，LDO 的性能與您的預(yù)期相反。本應(yīng)用筆記探討了其中的五種情況，包括啟動(dòng)、接近壓差的靜態(tài)電流、負(fù)載瞬態(tài)性能、PSRR和噪聲以及輸入保護(hù)。了解這些情況將改進(jìn)產(chǎn)品選擇和調(diào)試過(guò)程。

介紹

如今，當(dāng)您在尋找線性穩(wěn)壓器時(shí)，它是 使用參數(shù)化輕松瀏覽看似無(wú)限的產(chǎn)品 搜索工具并將您的選擇范圍縮小到少數(shù)相關(guān)候選人。什么 我需要輸出電壓?jiǎn)幔控?fù)載電流是多少？輸入電壓承受能力？如何 接近輟學(xué) 穩(wěn)壓器會(huì)運(yùn)行嗎？什么是最大工作輸入 電壓？封裝和外部元件尺寸如何？接下來(lái)是 微調(diào)。如果負(fù)載對(duì)電源波動(dòng)敏感怎么辦？你可能會(huì) 需要非常低的輸出噪聲和高PSRR。也許您的設(shè)計(jì)是電池供電的 具有始終在線電源的設(shè)備。在這種情況下，您需要一個(gè)具有 超低靜態(tài)電流。

現(xiàn)在，您已經(jīng)將字段縮小到僅 適合您應(yīng)用的部件。但你還沒(méi)有完成。那里 在做出最終選擇之前，需要考慮五件事。

監(jiān)管機(jī)構(gòu)如何處理啟動(dòng)？

如果我遇到，靜態(tài)電流是否仍然很低， 還是近，輟學(xué)？

負(fù)載瞬態(tài)性能如何 實(shí)際負(fù)載，而不僅僅是數(shù)據(jù)手冊(cè)中描述的情況？

我的LDO輸出紋波是否以饋通為主 來(lái)自低PSRR引起的輸入，還是由LDO輸出噪聲引起的？

關(guān)閉零件時(shí)部件的行為如何？

為什么這些問(wèn)題如此重要？他們不是。。。直到有 一個(gè)問(wèn)題。然后，一些功能問(wèn)題剛剛變成了您最喜歡的新部分 進(jìn)入你最好奇的部分。你可能會(huì)覺(jué)得有點(diǎn)被背叛，或者至少信息不足。而且，您需要花費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)排除故障，并可能重新設(shè)計(jì)您的電路板。

本應(yīng)用筆記對(duì)這五個(gè)LDO進(jìn)行了一些說(shuō)明。 特征。希望這些見(jiàn)解在您下次選擇時(shí)有用，并且 線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)導(dǎo)入。

#1：?jiǎn)?dòng)

大多數(shù)穩(wěn)壓器都帶有使能輸入來(lái)控制 穩(wěn)壓器上電并在輸出關(guān)閉時(shí)節(jié)省電源。監(jiān)管 機(jī)構(gòu) 帶使能輸入通常還具有軟啟動(dòng)功能。軟啟動(dòng)防止 當(dāng)輸出導(dǎo)通時(shí)，穩(wěn)壓器不會(huì)使輸入過(guò)載。軟啟動(dòng) 通常以兩種方式之一實(shí)現(xiàn)。

電流軟啟動(dòng)

第一種方法是電流軟啟動(dòng)。大多數(shù)監(jiān)管機(jī)構(gòu)都有 電流限制;當(dāng)前的軟啟動(dòng)通過(guò)增加或加強(qiáng)來(lái)工作 電流限制。電流軟啟動(dòng)導(dǎo)致輸出電壓緩慢上升 輸出電容充電時(shí)遠(yuǎn)低于最大值 負(fù)載電流。電流軟啟動(dòng)的好處是穩(wěn)壓器輸入 電流遵循一致的增加模式，無(wú)需傳輸啟動(dòng) 輸入的負(fù)載電流瞬變。

啟用負(fù)載電路后，您可能會(huì)注意到一個(gè)點(diǎn) 輸出電壓斜坡突然改變方向。發(fā)生這種情況是因?yàn)?負(fù)載電路正在打開(kāi)并嘗試從穩(wěn)壓器運(yùn)行 有限的輸出電流能力。如果負(fù)載電流超過(guò)軟啟動(dòng) 電流，負(fù)載將自身拉入欠壓， 導(dǎo)致不需要的重置。該循環(huán)隨著負(fù)載電流的轉(zhuǎn)動(dòng)而繼續(xù) 開(kāi)和關(guān)。最終，軟啟動(dòng)電流限值變得足夠高 支持負(fù)載，復(fù)位電路最后一次釋放，負(fù)載 電路在宿醉中醒來(lái)。

電壓軟啟動(dòng)

軟啟動(dòng)的第二種方法是斜坡調(diào)節(jié) 電壓。斜坡調(diào)節(jié)電壓會(huì)在輸出端產(chǎn)生單調(diào)斜率 電壓，下游電路導(dǎo)通時(shí)沒(méi)有任何電壓瞬變。這 還應(yīng)防止負(fù)載多次訪問(wèn)到復(fù)位狀態(tài)，因?yàn)?輸出電壓僅與負(fù)載欠壓交叉 閾值一次。

確定電壓軟啟動(dòng)期間的浪涌電流 由輸出電容和輸出電壓的斜坡速率加上 負(fù)載消耗的電流。通常，輸出電壓斜坡速率設(shè)置為 產(chǎn)生大約最大值 1% 至 10% 的浪涌電流的水平 使用推薦的最小輸出電容時(shí)的額定輸出電流。設(shè)置 浪涌電流低于最大負(fù)載電流的 10%，為 來(lái)自負(fù)載的額外電流和任何額外的輸出電容。缺點(diǎn)是 該輸入電流是負(fù)載的函數(shù)，不直接控制。這 好處是您可以避免多次重置。

圖1顯示了當(dāng)前軟啟動(dòng)的比較 和電壓軟啟動(dòng)行為。

圖1.電流軟啟動(dòng)和電壓的行為 軟啟動(dòng)。

#2：壓差電源電流

如果您的電路由電池供電，則穩(wěn)壓器供電 電流可能很重要。負(fù)載電路可以短暫工作，然后保持 長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)以節(jié)省電量。在這種情況下， 電池壽命在很大程度上取決于靜態(tài)電源 穩(wěn)壓器和負(fù)載的電流。如果是這樣，您可能會(huì)選擇線性 具有盡可能低靜態(tài)電流的穩(wěn)壓器。

現(xiàn)在想象一下你的電池已經(jīng)耗盡了 輸入至輸出電壓變小的地方。運(yùn)行線性時(shí) 穩(wěn)壓器處于壓差狀態(tài)，即使負(fù)載電流可能非常小， 穩(wěn)壓器強(qiáng)制輸出 FET 硬導(dǎo)通，以最小化輸入至輸出 電壓降。這里的問(wèn)題是在壓差中驅(qū)動(dòng)輸出FET硬 柵極驅(qū)動(dòng)電路中會(huì)消耗大量電流（圖 2）。這 具有將您的“待機(jī)模式”變成“快速電池放電”的效果 模式。

圖2.壓差中的靜態(tài)電流增加由 M 引起G驅(qū)動(dòng)器阻抗。

即使在更好的設(shè)計(jì)上，對(duì)于 靜態(tài)電源電流在壓差時(shí)會(huì)升高。輟學(xué)率增加 2倍的電源電流并不少見(jiàn)，有些設(shè)計(jì)增加了10倍或 更多。有時(shí)壓差電源電流在EC表中或典型值中指定 靜態(tài)電流與輸入電壓的工作特性曲線。更多的時(shí)候， 但是，高壓差電源電流信息不在數(shù)據(jù)手冊(cè)中。

如果壓差中的靜態(tài)電流對(duì) 應(yīng)用，查找?guī)в刑峁┐诵畔⒌臄?shù)據(jù)手冊(cè)的LDO， 或自己測(cè)量，以確保性能與您的性能相匹配 期望值。

#3：負(fù)載瞬態(tài)性能

大多數(shù)穩(wěn)壓器都有一定的能力將輸出保持在穩(wěn)壓狀態(tài) 在負(fù)載快速變化期間。隨著負(fù)載的變化，輸出FET柵極驅(qū)動(dòng) 需要改變。柵極驅(qū)動(dòng)達(dá)到新水平所需的時(shí)間 通常決定輸出瞬態(tài)下沖或過(guò)沖。

通常，快速過(guò)渡到滿負(fù)載會(huì)導(dǎo)致 最差情況下的輸出瞬態(tài)下沖。在比較穩(wěn)壓器之前，請(qǐng)始終 在施加瞬態(tài)之前檢查啟動(dòng)負(fù)載電流。起點(diǎn) 滿載的 10% 往往比從 1% 開(kāi)始的結(jié)果要好得多，因?yàn)?當(dāng)預(yù)偏置10%負(fù)載與1%負(fù)載相比，輸出FET柵極電壓開(kāi)始更接近其最終值。多 困難是在負(fù)載 從空載變?yōu)闈M載。

您可能認(rèn)為保持最小負(fù)載 穩(wěn)壓器輸出可防止大負(fù)載瞬變。這當(dāng)然應(yīng)該有所幫助，但是 并不總是解決方案。當(dāng)穩(wěn)壓器從負(fù)載階躍恢復(fù)時(shí) 從滿載到輕載，通常存在輸出過(guò)沖。雖然 監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在從這種超調(diào)中恢復(fù)過(guò)來(lái)，它位于最脆弱的地方 狀態(tài)—輸出 FET 完全去偏置的情況。 在此狀態(tài)下，如果立即應(yīng)用另一個(gè)加載步驟，則輸出表現(xiàn)出 一個(gè)比第一個(gè)糟糕得多的下沖。

如果您有任何快速上下負(fù)載的情況 可能發(fā)生脈沖，最好檢查負(fù)載瞬態(tài)性能 每個(gè)調(diào)節(jié)器在相似條件下。圖 3 顯示了負(fù)載瞬態(tài) 雙脈沖負(fù)載期間的退化。

圖3.負(fù)載瞬態(tài) 雙脈沖負(fù)載期間的下沖退化。

#4：噪聲與電源抑制比（PSRR）

大多數(shù)專為低輸出噪聲而設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓器也 出于顯而易見(jiàn)的原因，具有出色的PSRR。負(fù)載對(duì)電源敏感 漣漪，無(wú)論原因如何。

當(dāng)從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器運(yùn)行時(shí)，PSRR可以更多 比輸出噪聲更嚴(yán)重。以線性穩(wěn)壓器為例，該穩(wěn)壓器 輸入端為降壓型穩(wěn)壓器，輸出端為噪聲敏感型負(fù)載。如果 降壓產(chǎn)生的紋波為50mVP-P在 100kHz 和相同的頻率下 100kHz線性穩(wěn)壓器具有60dB的PSRR，有50mVP-P的漣漪 輸出端，可能相當(dāng)于約15mV有效值輸出數(shù)量 噪聲?？赡苁峭痪€性穩(wěn)壓器的總輸出噪聲為 小于 5mV有效值在10Hz至100kHz帶寬下，但由于PSRR和輸入紋波，輸出 紋波性能并不比噪聲為3倍的穩(wěn)壓器好，如 圖4.

圖4.輸出噪聲 退化以PSRR為主。

對(duì)于較高的輸出電壓，線性的輸出噪聲 穩(wěn)壓器可以成為PSRR性能的主導(dǎo)因素。這是因?yàn)?反饋輸入的噪聲被反饋分頻器增益。拿 線性穩(wěn)壓器用于轉(zhuǎn)換噪聲升壓轉(zhuǎn)換器輸出的情況 17V 至安靜的 16V 電源，小于 100mV 的漣漪。開(kāi)關(guān)頻率下的PSRR為60dB，為50mVP-P升壓轉(zhuǎn)換器紋波衰減至50mVP-P或 15mV有效值，在 輸出。具有看似安靜的 5mV有效值參考和反饋放大器輸入，您可能會(huì)認(rèn)為反饋輸入噪聲 不會(huì)有問(wèn)題。但如果反饋輸入調(diào)節(jié)到1.25V和 電阻反饋串將輸出設(shè)置為16V，輸出端的噪聲增長(zhǎng)至 5mV有效值x （16V/1.25V）， 或 64mV有效值，并且是 可能是噪音的主要來(lái)源。圖5所示為輸出噪聲 由于高輸出電壓而退化。

尋找線性穩(wěn)壓器時(shí)，通常兩個(gè)輸出 為噪聲敏感型負(fù)載供電時(shí)，需要考慮噪聲和PSRR。

圖5.由于高輸出電壓導(dǎo)致的輸出噪聲下降。

#5：輸入保護(hù)

線性穩(wěn)壓器通常在其體內(nèi)有一個(gè)體二極管 輸出場(chǎng)效應(yīng)管。該二極管可防止輸出高于 0.7V 輸入。在大多數(shù)用例中，這個(gè)二極管不會(huì)妨礙，但有兩個(gè) 它可能成為問(wèn)題的情況。

反向電壓保護(hù)

在某些情況下，輸入是可能的 以錯(cuò)誤的極性施加電壓。想想一個(gè) 9V 電池，它的 兩個(gè)金屬觸點(diǎn)并排放置。雖然連接器可以防止 與電池的永久反向連接，可能有幾秒鐘或 當(dāng)用戶更換電池時(shí)，更多的反向電壓。

反向電壓保護(hù)允許輸入引腳低于 接地引腳，不消耗任何大電流。為此， 輸出FET的體二極管需要用串聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。最 穩(wěn)壓器包括二極管，可防止任何引腳低于地電位以保護(hù) 來(lái)自靜電放電或ESD的引腳。這些二極管也必須移除 并換成不同的保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)反向電壓保護(hù)。 參見(jiàn)圖 6。

具有反向電壓保護(hù)的器件示例是 MAX1725，其 允許其輸入低于地電位 12V，而不會(huì)消耗大量輸入 當(dāng)前。

圖6.反向電壓保護(hù)。

反向電流保護(hù)

線性穩(wěn)壓器中的反向電流保護(hù)通常是 與反向電壓保護(hù)混淆。雖然效果相似，但 阻斷輸出FET的體二極管中的反向電流傳導(dǎo)， 控制機(jī)制完全不同。圖7顯示了反向電流如何 保護(hù)工作。

想象一下，高容性負(fù)載，如 音頻電路具有許多分布式電源去耦電容器，由電源供電 來(lái)自線性穩(wěn)壓器。我們還假設(shè)這個(gè)線性穩(wěn)壓器有源 來(lái)自一個(gè)大電流降壓轉(zhuǎn)換器，在關(guān)斷狀態(tài)下 轉(zhuǎn)換器將其輸出短路至地。發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)并不奇怪， 在第一次關(guān)斷事件期間，線性穩(wěn)壓器會(huì)損壞，因?yàn)?負(fù)載電容器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)體二極管同時(shí)放電 的線性穩(wěn)壓器。

具有反向電流保護(hù)功能的線性穩(wěn)壓器可避免這種情況 當(dāng)輸入電壓降至 輸出電壓。如果輸出先前處于穩(wěn)壓狀態(tài)，則輸出FET 將打開(kāi)，并且在跳閘前會(huì)有少量反向電流流動(dòng) 保護(hù)電路。請(qǐng)注意，反向電流保護(hù)只需 消除從輸出到輸入的電流，但在以下情況下不嘗試阻斷電流 輸入引腳電壓低于地電位，如反向電壓 保護(hù)。具有反向電流保護(hù)的器件的一個(gè)例子是MAX8902，它可以阻止反向 輸入接地時(shí)來(lái)自負(fù)載電容器的電流。

圖7.反向電流 保護(hù)。

結(jié)論

我們剛剛討論的線性穩(wěn)壓器特性可以是 其中一些對(duì)您的應(yīng)用程序最重要。他們也不太可能 在參數(shù)搜索中找到。確定哪一組可能并不總是那么容易 每個(gè)線性穩(wěn)壓器具有的功能，但了解潛在問(wèn)題會(huì)給出 在尋找合適的零件時(shí)，您將獲得所需的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：郭婷