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如何選擇LDO

發布時間:2006/7/11 0:00:00 訪問次數:789

   在選擇低壓降線性調節器(ldo) 時,需要考慮的基本問題包括輸入電壓范圍、預期輸出電壓、負載電流范圍以及其封裝的功耗能力。但是,便攜式應用需要考慮更多問題。接地電流或靜態電流 (ignd 或 iq)、電源波紋抑止比 (psrr)、噪聲與封裝大小通常是為便攜式應用決定最佳 ldo 選擇的要素。

  輸入、輸出以及降低電壓

  選擇輸入電壓范圍可以適應電源的ldo。下表列出了便攜式設備所采用的、流行的電池化學物質的電壓范圍。

  在確定 ldo 是否能夠提供預期輸出電壓時,需要考慮其壓降。輸入電壓必須大于預期輸出電壓與特定壓降之和,即 vin > vout + vdropout。如果 vin 降低至必需的電壓以下,則我們說 ldo 出現"壓降",輸出等于輸入減去旁路元件 (pass element) 的 rds(on) 乘以負載電流。

  需要注意壓降時的性能變化。驅動旁路晶體管的誤差放大器完全打開或者出于"待發狀態"(cocked),因此不產生任何環路增益。這意味著線路與負載調節很差。另外,psrr 在壓降時也會顯著降低。

  選用可提供預期輸出電壓的 lod 作為節省外部電阻分壓器成本與空間的固定選項,外部電阻分壓器一般用于設置可調器件的輸出電壓。利用可調 ldo 可以設置輸出,以提供內部參考電壓,其一般為 1.2v 左右,只需把輸出連接到反饋引腳。請與廠商確認是否具備該功能。

  負載電流要求

  通考慮負載需要的電流量并據此選擇 ldo。請注意:額定電流為比如 150ma 的 ldo 可能會在短時間內提供高出很多的電流。請查驗最低輸出電流限值規范,或者咨詢有關廠商。

  電池電壓


  封裝與功耗

  便攜式應用本質存在空間限制,因此解決方案的大小至關重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封裝的諸多優勢,如:保護、行業標準以及能夠被現有裝配架構輕松采用等特性。芯片級封裝 (csp) 能在提供裸片的尺寸優勢的同時還可以帶來封裝的許多優勢。

  在無線手持終端市場需求的推動下,csp產品正不斷推陳出新。例如,采用0.84 x 1.348-mm csp的德州儀器 (ti) 200ma rf ldo(參見圖1)預計將于9月份上市,其采用可實現輕松裝配以及高板級可靠性的技術。

  其他小型封裝包括流行的3x3mm sot-23、小型2.13x2.3mm sc-70以及亞1毫米高度封裝 (sub-1-mm-height package)、thinsot及無引線四方扁平封裝 (qfn)。由于在下側采用了能夠在器件與pc板之間建立高效散熱接觸的散熱墊,qfn 因而可提供更好的散熱特性。

  請注意不要超過封裝的最大功耗額定值。功耗可以采用pdissipation = (vin-vout)/(iout + iq) 進行計算。一般來說,封裝尺寸越小,功耗越小。但是qfn封裝可以提供極佳的散熱性能,這種性能完全可與尺寸是其1.5~2倍的眾多封裝相媲美。




圖1:與sot-23和sc-70封裝相比,采用芯片級封裝的ldo同時具備裸片尺寸優勢與封裝優勢

  ldo拓撲與iq

  為了最大化電池的運行時間,需要選擇相對于負載電流來說靜態電流iq較低的ldo。例如,考慮到iq 只增加0.02%的微不足道的電池消耗,在100ma負載情況下,一般采用200μa的iq比較合理。

  另外,還需要注意的是,由于電池放電特性,某些情況下壓降會對電池壽命產生決定性影響。由于堿性電池放電速度較慢,其電源電壓在壓降情況下可以提供比nimh電池更多的容量。必須在 iq 和壓降之間仔細權衡,以便在電池壽命期間獲得最大的容量,因此,較低的iq并不能始

   在選擇低壓降線性調節器(ldo) 時,需要考慮的基本問題包括輸入電壓范圍、預期輸出電壓、負載電流范圍以及其封裝的功耗能力。但是,便攜式應用需要考慮更多問題。接地電流或靜態電流 (ignd 或 iq)、電源波紋抑止比 (psrr)、噪聲與封裝大小通常是為便攜式應用決定最佳 ldo 選擇的要素。

  輸入、輸出以及降低電壓

  選擇輸入電壓范圍可以適應電源的ldo。下表列出了便攜式設備所采用的、流行的電池化學物質的電壓范圍。

  在確定 ldo 是否能夠提供預期輸出電壓時,需要考慮其壓降。輸入電壓必須大于預期輸出電壓與特定壓降之和,即 vin > vout + vdropout。如果 vin 降低至必需的電壓以下,則我們說 ldo 出現"壓降",輸出等于輸入減去旁路元件 (pass element) 的 rds(on) 乘以負載電流。

  需要注意壓降時的性能變化。驅動旁路晶體管的誤差放大器完全打開或者出于"待發狀態"(cocked),因此不產生任何環路增益。這意味著線路與負載調節很差。另外,psrr 在壓降時也會顯著降低。

  選用可提供預期輸出電壓的 lod 作為節省外部電阻分壓器成本與空間的固定選項,外部電阻分壓器一般用于設置可調器件的輸出電壓。利用可調 ldo 可以設置輸出,以提供內部參考電壓,其一般為 1.2v 左右,只需把輸出連接到反饋引腳。請與廠商確認是否具備該功能。

  負載電流要求

  通考慮負載需要的電流量并據此選擇 ldo。請注意:額定電流為比如 150ma 的 ldo 可能會在短時間內提供高出很多的電流。請查驗最低輸出電流限值規范,或者咨詢有關廠商。

  電池電壓


  封裝與功耗

  便攜式應用本質存在空間限制,因此解決方案的大小至關重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封裝的諸多優勢,如:保護、行業標準以及能夠被現有裝配架構輕松采用等特性。芯片級封裝 (csp) 能在提供裸片的尺寸優勢的同時還可以帶來封裝的許多優勢。

  在無線手持終端市場需求的推動下,csp產品正不斷推陳出新。例如,采用0.84 x 1.348-mm csp的德州儀器 (ti) 200ma rf ldo(參見圖1)預計將于9月份上市,其采用可實現輕松裝配以及高板級可靠性的技術。

  其他小型封裝包括流行的3x3mm sot-23、小型2.13x2.3mm sc-70以及亞1毫米高度封裝 (sub-1-mm-height package)、thinsot及無引線四方扁平封裝 (qfn)。由于在下側采用了能夠在器件與pc板之間建立高效散熱接觸的散熱墊,qfn 因而可提供更好的散熱特性。

  請注意不要超過封裝的最大功耗額定值。功耗可以采用pdissipation = (vin-vout)/(iout + iq) 進行計算。一般來說,封裝尺寸越小,功耗越小。但是qfn封裝可以提供極佳的散熱性能,這種性能完全可與尺寸是其1.5~2倍的眾多封裝相媲美。




圖1:與sot-23和sc-70封裝相比,采用芯片級封裝的ldo同時具備裸片尺寸優勢與封裝優勢

  ldo拓撲與iq

  為了最大化電池的運行時間,需要選擇相對于負載電流來說靜態電流iq較低的ldo。例如,考慮到iq 只增加0.02%的微不足道的電池消耗,在100ma負載情況下,一般采用200μa的iq比較合理。

  另外,還需要注意的是,由于電池放電特性,某些情況下壓降會對電池壽命產生決定性影響。由于堿性電池放電速度較慢,其電源電壓在壓降情況下可以提供比nimh電池更多的容量。必須在 iq 和壓降之間仔細權衡,以便在電池壽命期間獲得最大的容量,因此,較低的iq并不能始

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