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低压差线性稳压器LDO的选用技术

低压差线性稳压器相对常用的三端稳压器具有更高的性能,PCB面积占用和功耗更低,在手机等便携产品中得到广泛应用。本文介绍了LDO器件的结构和性能特点,并提出了可借鉴的参考设计。

  低压差线性稳压器(LDO)是新一代的集成电路稳压器,它与三端稳压器最大的不同点是,LDO是一个自功耗很低的微型片上系统(SOC)。LDO按其静态耗电流来分,可分为OmniPower、MicroPower 、NanoPower三种产品,OmniPower LDO的静态电流在100uA~1mA之间,MicroPower LDO的静态电流在10uA~100uA之间,NanoPower LDO的静态电流小于10uA,通常只有1uA。

  OmniPower LDO是一种静态电流梢大但性能优于三端稳压器的新型线性稳压器,适用于使用AC/DC固定电源的所有电子产品,因其需求量大,生产量大,而生产成本极低,价格十分便宜;MicroPower LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器,它具有极低的自有噪音和较高的电源纹波抑制(PSRR),具有快捷的使能控制功能,给它一个高(或者低)的电平可使它进入工作状态或睡眠状态,具有最好的性能/功率比,在需要低噪音的手机电源中必然使用;NanoPower LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器,具有极低的静态电流,稳压十分精确,最适用于需要节电的手提电子、电器产品。

  LDO的结构

  LDO的结构是一个微型的片上系统,它由作电流主通道具有极低在线导通电阻RDS(ON)的MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过热保护、精密基准源、差分放大器、延迟器和POK(Power OK) MOSFET等专用晶体管电路在一个芯片上集成而成。

  POK是新一代LDO都具备的输出状态自检、延迟安全供电功能,也有称之为Power good即“电源好”。

  LDO的效率

  LDO 的工作原理是通过负反馈调整输出电流使输出电压保持不变。

  LDO是一个降压型的DC/DC 转换器,因此Vin > Vout,它的工作效率:



 

LDO的工作效率一般在60~75%之间,静态电流小的效率会好一些。

  LDO的选择

  当所设计的电路对分路电源有以下要求:

  1. 高的噪音和纹波抑制;

  2. 占用PCB板面积小,如手机等手持电子产品;

  3. 电路电源不允许使用电感器,如手机;

  4. 电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能;

  5. 要求稳压器低压降,自身功耗低;

  6. 要求线路成本低和方案简单;

  此时,选用LDO是最恰当的选择,同时满足产品设计的各种要求。

  应用指南

  LDO的应用电路十分简单方便,它工作时仅需要二个作输入、输出电压退耦降噪的陶瓷电容器,参见图 3。

  Vin和Vout的输入和输出滤波电容器应当选用宽范围、低等效串联电阻(ESR)、低价陶瓷电容器,使LDO在零到满负荷的全部量程范围内具有良好的稳压效果。一些LDO有一个“Bypass”管脚,由它连接一个小的电容器,可以进一步降低噪音。

  电容器的选择关系到设计产品的质量和成本,电容器的电容值、电介质材料类型、物理尺寸和等效串联电阻等这些重要参数都是设计工程师所要考虑的,在LOD应用电路的设计中,陶瓷电容器是最好的选择,因为陶瓷电容器无极性和具有低的ESR,典型值<100mΩ。电容器的ESR对输出纹波有重大影响,而ESR受电容器的类型、容量、电介质材料和外壳尺寸影响,如常用的贴片电容器X7R 电介质是最好的,使用成本略高,X5R 电介质较好,性能/价格比适宜,Y5V 电介质较差成本较低。

  LDO在PCB板上的工艺走线十分重要,当工艺走线不良和靠近RF线时降噪性能会受影响。此外,滤波电容器汇入地节点选择不良时,由负载返回地的电流中,噪音和纹波都会增加,在通常的布线设计中常常遇到此类情况,参见图 4。如将此布线线路优化,则可在由负载返回地的电流中,噪音和纹波都降至最小,见图 5。理想的PCB板布线设计是接地点尽可能的粗短和走捷径,走线一定要考虑各个器件间的干扰和辐射,器件的合理排列有利于有效地减少各个器件间的相互干扰和辐射,如图 6所示。

  新一代的LDO都是用CMOS工艺生产的,它和使用Bipolar工艺生产的LDO功能上没有多大的区别,而静态电流、压降、噪音等内在性能有很大的提高,成本更低。

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