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    LDO在開關電源中的設計應用

    鉅大LARGE  |  點擊量:858次  |  2020年05月18日  

    1.輸入輸出電壓差


    輸入輸出電壓差是低壓差線性穩壓器最重要的參數。在保證輸出電壓穩定的前提下,該電壓差越低,線性穩壓器的性能越好。比如,5.0V的低壓差線性穩壓器,只要輸入5.5V,就能使輸出電壓穩定在5.0V。


    2.最大輸出電流


    用電設備的功率不同,要求穩壓器輸出的最大電流也不相同。通常,輸出電流越大的穩壓器成本越高。為了降低成本,在多只穩壓器組成的供電系統中,應根據各部分所要的電流值選擇適當的穩壓器。


    3.負載調整率


    負載調整率是眾多電源設備一個非常重要的參數,它反映了電源抑制負載干擾的能力,負載調整率越低,輸出負載對輸出電壓的影響越小,LDO的品質就越好。


    4.接地電流


    接地電流IGND是指串聯調整管輸出電流為零時,輸入電源供應的穩壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態電流,但是采用pNp晶體管作串聯調整元件時,這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差線性穩壓器的接地電流很小。


    圖2:LDO應用于開關電源原理。


    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電阻(ESR)會影響其穩定性,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性能出現不利影響。電容的具體應用要咨詢LDO廠商以確保正確執行。


    6.封裝


    選擇LDO產品時應考慮LDO的散熱,負載大的LDO應盡可能選擇大封裝,這樣有利于LDO性能穩定。


    [page]LDO在開關電源中的設計應用


    遵循以上原則,本文選擇哈爾濱圣邦微電子有限公司生產的SG2002和SG2012系列LDO。


    應用LDO于開關電源的電路如圖2所示,圖中虛線部分是開關電源通常采用的電


    路,它可以給LDO供應+6V/1.5A的輸出電壓/電流。該電源應用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在開關電源中的用途


    1.簡化開關電源設計


    開關電源多路輸出一般通過新增高頻變壓器反饋端來實現,這使得開關電源在設計過程中新增了設計者的工作量。應用LDO作為開關電源的輸出終端,可以極大地簡化開關電源的設計,縮短開發周期。


    2.提高開關電源的負載調整率


    LDO是來穩定電源電壓的專用芯片,目前有很多公司設計的LDO的負載調整率非常小。應用LDO可以大幅度地降低開關電源負載調整率。


    3.有效濾除開關電源電磁干擾,減小紋波輸出


    開關電源的突出缺點是出現較強的EMI。EMI信號既具有很寬的頻率范圍,又有一定的幅度,經傳導和輻射會污染電磁環境,對通信設備和電子產品造成干擾。假如處理不當,開關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,因此應用LDO可以有效地濾除開關電源EMI,減小紋波輸出。


    4.為開關電源供應過流保護


    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電源的安全系數。


    試驗分析


    圖3:開關電源負載調整率測試電路


    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電源的輸出電壓。測試數據經過處理,可以得出圖4所示的圖表。該圖充分說明,LDO優秀的負載調整率已經被完全移植到開關電源上。換言之,LDO極大地提高了開關電源的負載調整率。


    2.輸出紋波的測量


    分別在開關電源的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有效地濾除了開關電源EMI信號,相關于搭建常規EMI過濾器來講,應用LDO更簡單可靠。


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