【电源技术】LDO选型考虑因素

cvntao

【电源技术】LDO选型考虑因素
在选择低压降线性调节器(LDO) 时,需要考虑的基本问题包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围及其封装的功耗能力。但是,便携式应用通常还需要考虑更多问题,比如接地电流或静态电流 （IGND 或 IQ）、电源波纹抑制比 (PSRR)、噪声与封装大小等通常也是为便携式应用决定最佳 LDO 选择的考虑要素。
输入、输出以及降低电压
首先要选择输入电压范围可以适应电源的LDO。表1列出了便携式设备所采用的流行电池的电压范围。
8 d' h+ A, h- B0 F% I: y1 F( I在确定 LDO 是否能够提供预期输出电压时,需要考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和,即 VIN >VOUT + VDROPOUT。如果 VIN 降低至必需的电压以下,则我们说 LDO 出现“压降”,输出等于输入减去旁路元件 (pass element) 的 RDS(on) 乘以负载电流。

  需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于“待发状态”(cocked),因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节性能很差。另外,PSRR 在压降时也会显著降低。
4 p( ^# i& N) s选用可提供预期输出电压的 LOD 作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项,外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调 LDO 可以设置输出,以提供内部参考电压,其一般为 1.2V 左右,只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。

5 H) v- i" v# \9 d" [. _  z负载电流要求
+ t, \1 y) r: q" z* R; }* Z3 i考虑负载需要的电流量并据此选择 LDO。请注意,比如额定电流为150mA 的 LDO 可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范,或者咨询有关厂商。
# n: ~" a3 i$ H3 k) J7 k6 ^3 G; `
封装与功耗
便携式应用本身存在空间限制,因此解决方案的大小至关重要。裸片可以最小化尺寸,但是缺乏封装的诸多优势,如保护、行业标准以及能够被现有装配架构轻松采用等特性。芯片级封装 (CSP) 能在提供裸片的尺寸优势的同时还可以带来封装的许多优势。
7 h$ F- K3 r# X* ?8 s在无线手持终端市场需求的推动下,CSP产品正不断推陈出新。例如,采用0.84mm×1.348mm CSP的德州仪器 200mA RF LDO于2003年9月份上市,其采用可轻松装配的高板级可靠性的技术。其他小型封装包括流行的3mm×3mm SOT-23、小型2.13mm×2.3mm SC-70,以及亚1毫米高度封装 (sub-1-mm-height package)、ThinSOT及无引线四方扁平封装 (QFN)。由于在下侧采用了能够在器件与PC板之间建立高效散热接触的散热垫,QFN 因而可提供更好的散热特性。
请注意不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用PDISSIPATION = (VIN-VOUT)/(IOUT + IQ) 进行计算。一般来说,封装尺寸越小,功耗越小。但是QFN封装可以提供极佳的散热性能,这种性能完全可与尺寸是其1.5～2倍的众多封装相媲美。
" q$ O6 H' r# U9 C8 `) y) M; _  B
4 @: `# {/ k5 @2 `1 V8 \1 U- r6 X, ULDO拓扑与静态电流IQ
% ^5 l5 A! |' x  }为了使电池的运行时间最大化,需要选择相对于负载电流来说静态电流IQ较低的LDO。例如,考虑到IQ只增加0.02％的微不足道的电池消耗,在100mA负载情况下,一般采用200μA的IQ比较合理。
另外,还需要注意的是,由于电池的放电特性,某些情况下压降会对电池寿命产生决定性影响。由于碱性电池放电速度较慢,其电源电压在压降情况下可以提供比NiMH电池更多的容量。必须在IQ和压降之间仔细权衡,以便在电池寿命期间获得最大的容量,因此,较低的IQ并不能始终保证长电池寿命。
需要注意IQ在双极拓扑中的表现。IQ不但随负载电流变化很大,而且在压降情况下会有所增加。
3 l' p$ S( l" O- d另外,需要注意在数据表中对IQ是如何规定的。某些器件是在室温条件下规定的,或者只提供显示IQ与温度关系的典型曲线。尽管这些情况有用,但是并不能保证最大的静态电流。如果IQ比较重要,则需要选择在所有负载、温度和工艺变量情况下都能保证IQ的器件,并且需要选择MOS类旁路元件。
  i. A7 a3 _! B; d
输出电容器
典型LDO应用需要增加外部输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的LDO,可以降低尺寸与成本,另外还可以完全消除这些元件。请注意,利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高PSRR、噪声以及瞬态性能。
1 X$ |+ J+ N, l/ }% @陶瓷电容器通常是首选,因为它们价格低而且故障模式是断路,相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。请注意,输出电容器的等效串联电阻 (ESR) 会影响其稳定性,陶瓷电容器具有较低的ESR,大概为10 mΩ量级,而钽电容器ESR在100 mΩ量级。另外,许多钽电容器的ESR随温度变化很大,会对LDO性能产生不利影响。如果温度变化不大,而且电容器和接地之间串联适当的电阻（一般200mΩ）,可以取代陶瓷电容器而使用钽电容器。需要咨询LDO厂商以确保正确的实施。