鉅大LARGE | 點擊量:862次 | 2020年05月18日
LDO在開關(guān)電源中的設(shè)計應(yīng)用
1.輸入輸出電壓差
輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的前提下,該電壓差越低,線性穩(wěn)壓器的性能越好。比如,5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器,只要輸入5.5V,就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。
2.最大輸出電流
用電設(shè)備的功率不同,要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常,輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本,在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中,應(yīng)根據(jù)各部分所要的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器。
3.負載調(diào)整率
負載調(diào)整率是眾多電源設(shè)備一個非常重要的參數(shù),它反映了電源抑制負載干擾的能力,負載調(diào)整率越低,輸出負載對輸出電壓的影響越小,LDO的品質(zhì)就越好。
4.接地電流
接地電流IGND是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時,輸入電源供應(yīng)的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態(tài)電流,但是采用pNp晶體管作串聯(lián)調(diào)整元件時,這種習(xí)慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差線性穩(wěn)壓器的接地電流很小。
圖2:LDO應(yīng)用于開關(guān)電源原理。
5.輸出電容器
典型LDO要新增外部輸入和輸出電容器。利用較低ESR的大電容器一般可以全面提高電源抑制比(pSRR)、噪聲以及瞬態(tài)性能。
陶瓷電容器通常是首選,因為它們價格低而且故障模式是斷路,相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路。輸出電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)會影響其穩(wěn)定性,陶瓷電容器具有較低的ESR,大概為10mΩ量級,而鉭電容器ESR在100mΩ量級。另外,許多鉭電容器的ESR隨溫度變化很大,會對LDO性能出現(xiàn)不利影響。電容的具體應(yīng)用要咨詢LDO廠商以確保正確執(zhí)行。
6.封裝
選擇LDO產(chǎn)品時應(yīng)考慮LDO的散熱,負載大的LDO應(yīng)盡可能選擇大封裝,這樣有利于LDO性能穩(wěn)定。
[page]LDO在開關(guān)電源中的設(shè)計應(yīng)用
遵循以上原則,本文選擇哈爾濱圣邦微電子有限公司生產(chǎn)的SG2002和SG2012系列LDO。
應(yīng)用LDO于開關(guān)電源的電路如圖2所示,圖中虛線部分是開關(guān)電源通常采用的電
路,它可以給LDO供應(yīng)+6V/1.5A的輸出電壓/電流。該電源應(yīng)用SG2002-5.0XN5/TR、SG2012-3.3XKC3/TR、SG2012-2.5XKC3/TR以及SG2012-1.8XKC3/TR分別生成+5.0V/0.3A、3.3/0.4A、2.5V/0.4A以及1.8V/0.4A電壓/電流。圖中LDO芯片的輸入端和輸出端接有1uF的瓷片電容,以此提高LDO的穩(wěn)定性。在每個LDO的Bp端接上一個0.01uF的瓷片電容,可以有效地降低LDO的輸出噪聲。
LDO在開關(guān)電源中的用途
1.簡化開關(guān)電源設(shè)計
開關(guān)電源多路輸出一般通過新增高頻變壓器反饋端來實現(xiàn),這使得開關(guān)電源在設(shè)計過程中新增了設(shè)計者的工作量。應(yīng)用LDO作為開關(guān)電源的輸出終端,可以極大地簡化開關(guān)電源的設(shè)計,縮短開發(fā)周期。
2.提高開關(guān)電源的負載調(diào)整率
LDO是來穩(wěn)定電源電壓的專用芯片,目前有很多公司設(shè)計的LDO的負載調(diào)整率非常小。應(yīng)用LDO可以大幅度地降低開關(guān)電源負載調(diào)整率。
3.有效濾除開關(guān)電源電磁干擾,減小紋波輸出
開關(guān)電源的突出缺點是出現(xiàn)較強的EMI。EMI信號既具有很寬的頻率范圍,又有一定的幅度,經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境,對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。假如處理不當(dāng),開關(guān)電源本身就會變成一個干擾源。LDO有較高的電源抑制比,且LDO是低噪聲器件,因此應(yīng)用LDO可以有效地濾除開關(guān)電源EMI,減小紋波輸出。
4.為開關(guān)電源供應(yīng)過流保護
盡管許多pWM控制芯片本身具有過流保護功能,但LDO的過流保護功能可以提升開關(guān)電源的安全系數(shù)。
試驗分析
圖3:開關(guān)電源負載調(diào)整率測試電路
下面通過以下兩個實驗來驗證該方法的可行性:
1.測量負載調(diào)整率
實驗電路如圖3所示。由電子負載依次拉出0mA到400mA的電流,在每個負載點記錄下開關(guān)電源的輸出電壓。測試數(shù)據(jù)經(jīng)過處理,可以得出圖4所示的圖表。該圖充分說明,LDO優(yōu)秀的負載調(diào)整率已經(jīng)被完全移植到開關(guān)電源上。換言之,LDO極大地提高了開關(guān)電源的負載調(diào)整率。
2.輸出紋波的測量
分別在開關(guān)電源的LDO輸入端和輸出端接上示波器,可以得出圖5所示的波形。其中Ch1是LDO入口處的輸出波形,而Ch2是LDO出口處的輸出波形,即開關(guān)電源的最終輸出波形。
由上圖可以看出,LDO有效地濾除了開關(guān)電源EMI信號,相關(guān)于搭建常規(guī)EMI過濾器來講,應(yīng)用LDO更簡單可靠。
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