【经验】以圣邦微SGM2202说明LDO选型设计要点

2020-09-11 世强
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如下图,假如有一个电池5V,一个LED灯的驱动电压为2.5V,不能直接把灯接到电池上,因为5V的电压对于灯来说过高会直接把灯烧坏,因此必须串联一个电阻,而且这个电阻的设计原则是在保证灯的亮度下承担“过剩”的电压,也就是5V-2.5V=2.5V。(具体这个电阻阻值怎么算:假如灯需要流过5mA的电流,那么根据串联电路中各个点的电流相同可知,电阻流过的电流也为5mA,根据欧姆定律,电阻阻值R=2.5V/5mA=0.5KΩ。)

在如上的理解中,5V供对负载LED灯进行驱动的过程为“降压”,而电阻“承担剩余压降”,这个作用就是LDO要达到的效果,就像现在找到一个输出电压为2.5V的LDO,我们可以做到如下图(为了避免干扰,暂不放入限流电阻)。

为什么不直接用电阻而需要使用LDO

因为把电池换为9V的电池时,为了承担“剩余电压 9-2.5=6.5V”,必须更换一个更大的电阻以“承担剩余电压”,而LDO芯片内部会自我反馈调节,依然稳定输出2.5V。实际上,LDO是通过输入和输出之间串联晶体管电路来实现降压功能,该晶体管电路工作在其“电压 - 电流特性曲线”的线性区,起到可变电阻的作用,因此也叫线性调整器。

如上图,过剩电压Vin - Vout 的差值通常称为LDO的压差,显而易见,Vout是由Vin去掉被分担的过剩电压后得到值,因此Vout一定小于Vin,这就如同于有一盆水要分给一个小杯子,必须用另外一个盆子去装剩余的水。

应当注意,并没有正式的规定压差值为多少时可以称线性调整器为低压差,一般认为最小压降为200mV甚至更低才能成为低压差线性调整器,即LDO。


为什么LDO的效率会比DC-DC低

LDO:有一盆水要分给一个小杯子,必须用另外一个盆子去装剩余的水;

DC-DC:有一盆水要分给一个小杯子,用一个水龙头,通过调节水龙头开关大小,直到小水杯的水刚好为想要的量。

实际上,DC-DC的晶体管电路处于开关状态,它将能量一点点给予到输出,如同一个车挤满了人,一辆辆大巴一趟又一趟地将人群输送到目的地。而LDO的晶体管电路处于放大状态,因此输出不需要用到的能量必须由晶体管电路进行承担消耗,由此这也就可以理解DC-DC的能量转化比较高,因为它分为多次传送,理想状态下不需要中间额外的消耗。因此对于转化效率要求比较高的设计中,选用DC-DC会更加靠谱,比如DC 220V的电压,想要降为2.5V给LED灯,当使用LDO时,有220-2.5=217.5V的剩余电压额外消耗,此时流过的电流5mA,则功率为217.5*5=1.087W,该功率以热量消耗掉,LDO会发烫!


射频应用中LDO选型的关键

射频应用中,电源纹波会直接影响到信号质量,进而产品在连接网络时通信距离、收发成功率、灵敏度等都会直观地影响到用户体验。因此,对于射频应用,务必留意电源抑制比(PSRR)、输出噪声和精度,笔者在一款ZigBee产品中,就因为成本因素选型了一款PSRR较低的LDO,导致量产的产品中联网不良率达3%。后来更换了圣邦微SMG2202(PSRR 55SRR 55db,输出电压精度±2.5%)彻底解决该问题。




低功耗应用中的LDO

对于低功耗应用,能效成为一个重要的考究点,在大电流应用中,首选DC-DC方案,但对于μA级别尚且能提供高效率的DC-DC方案中,价格成本会比较高、例如TI的TPS62745,漏电流低于400nA,并且可在10μA级别仍保持85%的效率,官网价格较高。如果采用LDO,那么漏电流、低压差这两个参数务必细致考究。圣邦微的SGM2034,漏电流为1.0μA,Vout=5.0V,压差仅为0.09V,就是一个很好的选择。


更多LDO考究点

除了射频、低功耗应用中比较关键的考究点之外,一个良好的LDO选型还应该考究的参数有:裕量电压、接地电流、关断电流、效率、直流输入电压和负载调整率、 输入电压和负载瞬态响应。在拿到一份datasheet的时候,里面标注的任何参数都有它的考究因素,因此务必对每个参数有透彻的理解,不能仅仅考虑到成本、交期,这样的做法迟早会埋下质量问题的伏笔。

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2016年05月18日  - SGMICRO  - 数据手册  - REV. A. 4 代理服务 技术支持 采购服务

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型号- SGM2033-2.95XN5G/TR,SGM2033-2.85,SGM2033-5.0XN5G/TR,SGM2033-2.95XUDH4G/TR,SGM2033-ADJXN5G/TR,SGM2033-2.85XUDH4G/TR,SGM2033-1.2,SGM2033-3.0,SGM2033-2.5XN5G/TR,SGM2033-2.85XN5G/TR,SGM2033-2.9XN5G/TR,SGM2033-2.8XN5G/TR,SGM2033-4.2XN5G/TR,SGM2033-2.8XUDH4G/TR,SGM2033-3.0XUDH4G/TR,SGM2033-2.95,SGM2033-3.3,SGM2033-4.2,SGM2033-2.5,SGM2033-5.0,SGM2033-2.8,SGM2033-1.2XN5G/TR,SGM2033-2.5XUDH4G/TR,SGM2033-2.9,SGM2033-3.3XUDH4G/TR,SGM2033-1.8,SGM2033-1.8XN5G/TR,SGM2033-1.8XUDH4G/TR,SGM2033-2.9XUDH4G/TR,SGM2033,SGM2033-1.2XUDH4G/TR,SGM2033-4.2XUDH4G/TR,SGM2033-5.0XUDH4G/TR,SGM2033-ADJ,SGM2033-3.0XN5G/TR,SGM2033-3.3XN5G/TR

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型号- SUM3559A-33PL,SUM3559A-33P,SUM3559A-50PL,SUM3559A,SUM3559A-50P

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产品型号
品类
VOUT(V)
VIN (Min)(V)
VIN (Max)(V)
IOUT(mA)
DropoutVoltage(mV)
PSRR (dB)
Package
SGM2300
High Reliability LDOs
1.5, 1.8, 2.5, 2.8, 3.0, 3.3, 3.6, 5.0, Adj
4
18
50
1750
47
SOT-23-5 SOT-23

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型号- A6528AK5VR,A6528A,A6528AE5R,A6528AE5VR,A6528AK5R

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