LDO線性穩(wěn)壓器與MAX38908并聯(lián)適用于大電流應(yīng)用

對于高負(fù)載電流應(yīng)用，由于LDO的額定電流或封裝限制，有時(shí)很難找到單個(gè)LDO線性穩(wěn)壓器來滿足負(fù)載要求。為了實(shí)現(xiàn)這種更高的負(fù)載電流要求，并聯(lián)LDO將是共享負(fù)載電流和散熱的一種選擇。本應(yīng)用筆記討論了LDO并聯(lián)的不同方法，并比較了負(fù)載分配性能。

介紹

隨著對高性能和高功率便攜式電子設(shè)備的需求不斷增長，對具有較低噪聲水平的大電流LDO的需求也在增加。由于電流限制和結(jié)溫的限制，單個(gè)LDO處理較高的負(fù)載變得越來越困難。當(dāng)輸入輸出電壓差較大且電流要求較高時(shí)，LDO中的散熱也會(huì)增加。在這些情況下，并聯(lián)LDO是處理所需負(fù)載需求和熱量分布的最佳選擇。本應(yīng)用筆記討論了LDO與MAX38908高性能LDO并聯(lián)的不同方法，并比較了負(fù)載均分性能。

關(guān)于MAX38907/8/9 4A/2A高性能LDO線性穩(wěn)壓器：

MAX38907/MAX38908/MAX38909為快速瞬態(tài)響應(yīng)、高PSRR NMOS LDO 輸入電源范圍為 0.9V 至 5.5V，BIAS 電壓范圍為 2.7V 至 20V。該系列LDO可在82mV壓差下提供高達(dá)4A的負(fù)載電流。MAX38908/MAX38909的輸出電壓可通過兩個(gè)外部反饋電阻調(diào)節(jié)至0.6V至5.0V范圍。

MAX38908 LDO的應(yīng)用電路如下圖2所示。

圖2.MAX38908應(yīng)用電路

LDO的并聯(lián)：

基本上，我們將研究LDO并聯(lián)的不同方式，并比較負(fù)載分配結(jié)果。以下是并聯(lián)LDO的不同拓?fù)洹?/p>

LDO 直接并聯(lián)。

使用平衡電阻的LDO并聯(lián)。

使用運(yùn)算放大器的LDO并聯(lián)

對于本研究，我們正在考慮以下用例：

VIN = 3.3V, VOUT = 2.7V, IOUT = 7A, VBIAS = 10V

1. LDO直接并聯(lián)：

圖3.MAX38908 LDO直接并聯(lián)

圖4.直接LDO并聯(lián)電路中的負(fù)載分配

從上面的圖4中，LDO-U2的輸出電壓略高，提供負(fù)載電流至4安培。如果負(fù)載進(jìn)一步增加超過LDO的最大允許負(fù)載電流，LDO-U2的輸出電壓將降至設(shè)定值以下，LDO-U1將共享電流。一旦電流開始從 LDO-U1 流出，來自 LDO-U2 的電流就會(huì)降低，輸出電壓達(dá)到設(shè)定值，它就會(huì)再次開始共享更多的電流。因此，由于輸出電壓不相等，最大負(fù)載將由LDO-U2共享。

2. LDO與平衡電阻并聯(lián)：

下圖5顯示了使用輸出端平衡電阻并聯(lián)LDO的情況。如圖5所示，兩個(gè)LDO的IN引腳短路并直接連接到輸入電壓源，但OUT引腳通過具有相同值的平衡電阻連接到負(fù)載。在該電路中，輸出電壓較高的LDO提供電流，該電流在該平衡電阻兩端產(chǎn)生壓降，從而降低該LDO的實(shí)際輸出電壓。因此，另一個(gè)輸出電壓較低的LDO也將共享負(fù)載電流。因此，平衡電阻兩端的壓降將有助于平衡輸出電壓，同時(shí)平衡流過兩個(gè)LDO的電流。

圖5：MAX38908 LDO與平衡電阻并聯(lián)

使用平衡電阻時(shí)，負(fù)載兩端的電壓由下式給出：

VLOAD = VOUTU1 - VRBAL1 = VOUTU2 - VRBAL2
VLOAD = VOUTU1 - (IOUTU1*RBAL1) = VOUTU2 - (IOUTU2 * RBAL2)

為了計(jì)算平衡電阻值，我們考慮LDO輸出電壓的精度為±1%，并且每個(gè)LDO的最大輸出電流分配的允許差值被視為每個(gè)LDO最大輸出的20%，即800mA。下式給出了平衡電阻的值。

當(dāng)輸出電壓為2.7V時(shí)，輸出電壓變化將為54mV。然后計(jì)算出平衡阻力為67.5m？。那么，選擇的平衡阻力是50m？。

圖6.使用平衡電阻的LDO并聯(lián)電路中的負(fù)載分配

根據(jù)公式Rbal，仍然可以通過增加平衡電阻來改善負(fù)載均流。通過進(jìn)一步增加平衡電阻值，平衡電阻兩端的壓降將進(jìn)一步增加，實(shí)際輸出電壓將降低。我們需要確保平衡電阻值的選擇應(yīng)使負(fù)載兩端的實(shí)際輸出電壓不會(huì)顯著降低。因此，選擇平衡電阻值，使通過LDO的電流差較小，平衡電阻兩端的壓降也較小。良好的布局設(shè)計(jì)將有助于通過LDO平均共享電流。

3. LDO使用運(yùn)算放大器并聯(lián)：

在圖7的以下電路中，LDO的并聯(lián)通過輸入檢測電阻完成。有兩個(gè)電阻從兩個(gè)LDO的源極輸入端和IN端連接。一旦電流流過每個(gè)電阻，電壓就會(huì)按比例產(chǎn)生，這些電壓被饋送到運(yùn)算放大器，如圖所示。運(yùn)算放大器檢測給予其兩個(gè)輸入端子的差分電壓，并驅(qū)動(dòng)LDO-U1的反饋，LDO-U1的電流檢測電阻連接到反相引腳。從下圖可以看出，如果來自RSENSE2的電流增加，運(yùn)算放大器將檢測到電流的增加，并開始吸收來自LDO-U1反饋網(wǎng)絡(luò)的電流。該吸電流使 LDO-U1 從輸入源吸收更多電流，從而增加 RSENSE1 電阻上的壓降。因此，它充當(dāng)負(fù)反饋，以平衡流過兩個(gè)LDO的電流。當(dāng)電路工作在穩(wěn)態(tài)條件下時(shí)，電流和輸出電壓從U1、U2開始就會(huì)平衡。

圖7：MAX38908 LDO采用運(yùn)算放大器并聯(lián)

在上面的電路中，我們用了50m？每個(gè)LDO輸入端的電流檢測電阻用于電流檢測，運(yùn)算放大器用于比較流過兩個(gè)LDO的輸入電流。我們可以看到，通過LDO的電流共享比早期的方法要好得多，下面給出了使用這種方法的電流共享圖。流過兩個(gè)LDO的電流的最大差值在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)約為51mA，直到7Amp。

圖8.使用運(yùn)算放大器的LDO并聯(lián)電路中的負(fù)載分配

啟動(dòng)性能：

圖9.測試條件下的啟動(dòng)性能：VIN = 3.3V, VOUT = 2.7V, IOUT = 7.3Amp

在上述波形中，綠色 - 輸入電壓，粉紅色 - 輸出電壓，黃色 - LDO-U1 電流， 藍(lán)色 - LDO-U2 電流。

上圖9顯示了啟動(dòng)波形，我們可以看到電流平衡的工作原理。在啟動(dòng)期間，LDO-U2 吸收更多由運(yùn)算放大器檢測的電流，并立即平衡通過兩個(gè) LDO 的電流。流過兩個(gè)LDO的電流以黃色和藍(lán)色波形給出，它們在某個(gè)時(shí)間穩(wěn)定并變得相等。

以下是使用運(yùn)算放大器的LDO并聯(lián)電路的負(fù)載瞬態(tài)和負(fù)載調(diào)整率數(shù)據(jù)的波形。

負(fù)載瞬態(tài)性能：

圖 10.測試條件下的負(fù)載瞬態(tài)性能：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7.3Amp

負(fù)載瞬態(tài)范圍為 0 至 7.3A - 82mV 時(shí)的輸出電壓降

圖 11.測試條件下的負(fù)載調(diào)整性能：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7 安培

LDO并聯(lián)技術(shù)的性能比較：

負(fù)載調(diào)整率比較：

圖 12.測試條件下的負(fù)載瞬態(tài)：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7 安培

上面的波形顯示了圖5和圖7中兩個(gè)電路的負(fù)載調(diào)節(jié)性能。隨著負(fù)載的增加，使用平衡電阻的電路的輸出電壓比運(yùn)算放大器電路的輸出電壓降低得更多。

負(fù)載共享性能比較：

圖 13.測試條件下的負(fù)載瞬態(tài)：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7 安培

上圖顯示了圖5和圖7兩個(gè)電路中通過LDO的電流差異。與使用平衡電阻的電路相比，運(yùn)算放大器電路中的均流性能要好得多。

結(jié)論

從上面的研究中，我們可以得出結(jié)論，直接并聯(lián)LDO不是正確的方法，因?yàn)闆]有負(fù)載電流共享。LDO并聯(lián)電路在輸出端使用平衡電阻，改善了均流，但這種方法會(huì)隨著負(fù)載電流的增加而降低輸出電壓，并使用較大的電阻值來改善負(fù)載均流。這種方法也可用于多個(gè)LDO并聯(lián)應(yīng)用。使用運(yùn)算放大器的LDO并聯(lián)電路是通過LDO平均分配負(fù)載電流的最佳方法，因此平均分擔(dān)散熱。這種方法還具有負(fù)載電流下負(fù)載調(diào)節(jié)嚴(yán)格的優(yōu)點(diǎn)。

審核編輯：郭婷