LDO如何快速选型?5分钟教程入门LDO参数及应用(建议收藏)
LDO(Low Dropout Regulator)低压差线性稳压器,广泛应用于各类电子设备及汽车电子的降压转换,性价比高、使用灵活。通过详解LDO关键参数、明确测试方法与解读数据手册曲线,可以帮助工程师快速了解产品规格与性能,提高选型效率。本文SCT芯洲科技就来带大家5分钟入门LDO参数及应用。
关键性能参数
以SCT数据手册为例,首页可以获取大量产品信息:
如图布局,标题下方左侧为产品特征,展示了一些体现产品性能的重要参数(颜色序号与本文讲述顺序对应);右侧为产品描述,全方面为工程师展示产品;下方为常见应用场景与典型应用框图。
下文将带领大家解读15个通用的关键性能参数:1输入电压、2输出电压、3精度、4输出电流、5静态电流、6关断电流、7线性调整率、8负载调整率、9负载瞬态响应、10电源抑制比、11漏失电压、12保护功能、13集成功能、14热指标、15外部器件选择。
输入电压范围(Vin)★
指该LDO能够接受的电压范围。
根据给出的最低、最高工作电压判断是否符合应用需求,宽输入电压范围可以留出一定冗余并适用更多应用场景;部分产品标注了支持更高的瞬态输入电压,如SCT71403Q可以支持45V瞬态电压,为特殊需求提供了更高的保护性能。
输出电压(Vout)
指LDO的稳定输出电压。
通常分为固定输出与可调输出版本。固定版本输出电压为固定值,相比可调版本它可以节省外围分压电阻,但料号较多增加管理复杂度。
可调版本中用户可对输出电压进行灵活配置,但需增加外围反馈电阻。芯洲的LDO产品如SCT71405Q、SCT71005Q等,都设计了两种输出版本以便客户灵活选择。
精度
指输出电压偏离正常值的百分比。
不同输出电压版本需要关注不同的精度。固定版本对应输出电压精度,可调版本对应反馈电压精度,均体现在数据手册的EC参数表中。以SCT71005Q为例,规格书提供了两种电压版本对应的精度,常温精度为±1%,全温精度为±2%。
输出电流★
决定了LDO能够驱动的负载电流大小。
芯片工作中输出电流受诸多因素影响,如输入输出电压、温度等,为避免实际应用无法满足,最好留有1.5倍的裕量。工程师们会因某些厂家虚标有所顾虑,或有裕量能否胜任的疑惑。芯洲在数据手册中提供了诸多与输出电流相关的参考曲线,包括漏失电压与输出电流的关系与实际测试波形等,通过全方面展示输出电流性能打消工程师的疑虑。
静态电流★
指在空载并保持正常输出电压时,芯片自身消耗的电流。
静态电流是从LDO的GND引脚流出的电流,它的大小往往与待机功耗直接挂钩。
如何测出静态电流大小呢?芯洲在demo测试时有两种方式:对于管脚在外面的封装形式,例如SOT23-5、ESOP8等,测试时会将芯片GND管脚翘起来,使其与电路板的GND分开再焊接好,将电流表串联在翘起来的GND管脚与电路板GND焊盘中间,测试到的电流值即可最真实的反馈该颗芯片的静态电流;另一种方式是同时测试输入电流与输出电流,尽可能的避免发热产生的误差读取电流值,再用输入电流减去输出电流即为静态电流。
为了避免工程师繁琐的测试多种条件下静态电流的大小,芯洲在数据手册中提供了三组曲线为工程师做参考。
关断电流
指LDO关闭但电池仍连接到系统时消耗的电流。
关断电流在demo上的测试条件为,EN接地,用电流表测此时的输入电流。
线性调整率
指LDO关闭但电池仍连接到系统时消耗的电流。
Line Regulation线性调整率(单位为毫伏每伏特mV/V或百分比每伏特%/V)是衡量LDO在输入电压变化时保持正常输出电压的能力,数值越小代表LDO性能越好。该参数通常标注在EC参数表中,计算公式:
负载调整率
表征负载电流变化使得输出电压偏离理想值的程度。
Load Regulation负载调整率(单位为百分比每毫安%/mA)是衡量LDO在负载变化时保持正常输出电压的能力,数值越小代表LDO性能越好。该参数通常标注在EC参数表中,计算公式:
负载瞬态响应
指LDO负载发生阶跃变化时,输出电压的瞬态响应。
负载电流阶跃引起输出电压变化的幅度和响应时间主要受LDO系统的带宽、输出电容和负载电流等因素的影响。Load Transient Response往往可以体现出LDO的环路稳定性。
电源抑制比
指输入电压纹波与输出电压纹波的比值。
PSRR会随着频率、温度、电流、输出电压和电压差等一些参数而波动(单位分贝dB)。如何直观的判断PSRR是否满足要求呢?以SCT71010Q为例,除了在EC参数表P5中有数据标注外,芯洲在P9-P10提供了不同条件下的PSRR曲线。
漏失电压(Vdropout)
指正常稳压时所需VIN和VOUT间的最小差值。
压差大小决定了芯片能正常工作的最小电压差,VIN和VOUT非常接近的应用场景必须关注此参数。以SCT71005Q举例,EC参数表中清晰的标注了不同输出电压版本、不同输出电流情况下的漏失电压,如可调输出电压版本在带载500mA时,如果想正常输出1.8V电压,那么输入电压要大于1.8V+0.143V=1.943V。
【解释】数据手册中的测试条件为“Vin=Vout-0.1V”,即测试1.8V输出电压的漏失电压时在Vin=1.7V时测试。也许你会有疑问:为什么要让Vin<Vout?为什么是0.1V?
首先,测试该参数需要保证功率管处在线性区,这就要求此时输出电压不能达到正常预期值,此条件下的输入电压只能比输出电压小;芯洲的LDO产品输出电压精度均保证在常温±1%,即固定5V输出电压在精度范围内的最小值为4.95V,距离Vin=Vout-0.1V=4.9V仍有裕量。
保护功能
Protection function
芯洲的LDO会集成一些保护功能如:过温保护、过压保护、过流保护、短路保护等,避免芯片在异常情况下出现损坏、烧毁的情况。
集成功能★
Integrated Features
LDO集成的功能与引脚定义息息相关,关注芯片的引脚信息可了解其功能如EN(enable)、PG(power good)、PGDL(power good delay)等。
还有部分功能是自带的,如软起动(Soft-start)、输入电压欠压锁定保护(UVLO)、输出放电功能(Active output discharge)等,让芯片在实际应用中更加灵活可靠。如何判断这些功能是否满足选型呢?芯洲的数据手册描述了每一种集成功能的功能解释、触发阈值、参数计算等,细节拉满!
热指标★
热阻是描述物质热传导特性的散热指标。
相较于DCDC产品,LDO热指标多了一个参数RqJA_EVM:静止空气条件下结对环境的热阻。此参数是基于芯洲DEMO板的实测值,更加接近实际应用中芯片的表现。欢迎客户来世强平台申请芯洲DEMO测试芯片性能,热性能评估将更加简单。
因为LDO的封装类型较丰富,规格书中不仅标注了每个封装的热指标,也在后面提供了对应的耗散功率与热表现曲线。详细的计算过程及阐释可以联系世强平台技术支持。
【解释】第一行是两种固定输出电压版本的曲线-基于极限状态下最大带载与输入电压的关系,每种曲线中包括了不同封装的对比,作为芯片极限表现的参考。
第二行是TDFN2*2-6封装的实际应用曲线,分别是最大耗散功率与温度的关系、不同固定输出电压版本的最大带载与输入电压的关系,均基于芯片可长期工作的最大结温得出。
外部器件选择
External Device Selection
数据手册中推荐了外部输入输出电容的选择范围,针对可调输出电压版本推荐了前馈电容的选择以及分压电阻,在应用信息部分P24给出了基于大量仿真得出的输出电容与前馈电容的选型表(超出推荐范围会对芯片的动态响应能力有影响),便于工程师灵活选择外围器件。
LDO选型推荐
芯洲的研发设计团队拥有丰富的设计经验,目前已布局低压、高压和特殊性能要求的LDO产品矩阵,以满足客户不同的需求。芯洲针对48V电气架构所需的更高电压产品也即将送样。
芯洲的LDO产品能够从市场中脱颖而出,在于其拥有更低的静态电流、更低的漏失电压、更高的可靠性以及丰富的功能集成。
芯洲的产品手册中提供了一些应用场景中的选型推荐如电池应用、光伏逆变、汽车电子等,帮助工程师们更好的匹配需求。
恭喜你已经完成全部的系统性学习!相信工程师们对于LDO选型已经熟稔于心。如果有希望在数据手册中扩充的内容推荐,可以联系世强平台的技术支持,我们会积极听取您的意见与建议。
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