LDO
自己總結的一些LDO應用經驗,供大家參考。很多觀點可能不是很精確,歡迎工程師排磚交流!
一、選型
1、確定電路需要的電壓類型是正電壓還是負電壓。正電壓的器件較多,負電壓的器件可以考慮LM2991(較多大公司使用);
2、確定電路的輸出電壓、負載電流和輸入電壓(注意輸入電壓和負載電流都需要降額80%考慮)
3、確定電路的最大、最小輸入-輸出電壓差;電路的最大、最小輸入-輸出電壓差應該滿足器件要求;
4、單板PCB、結構尺寸和生產線對封裝形式的要求;
5、確定電路的電性能指標要求(如靜態電流、精度、紋波、效率等);器件的指標應該滿足電路指標的要求,并且考慮溫度對各種性能指標的影響;
6、確定器件的輸出電容以及ESR值,如果器件對輸出電容以及ESR有特殊要求,考慮公司現有器件是否滿足要求;
7、其他要求(如電路是否需要使能控制端、價格因素等)。
二、外圍元件
1、輸入電容
輸入電容的主要作用是對調整器的輸入進行濾波,另外輸入電容也可以抵消輸入線較長時引入的寄生電感效應,防止電路產生自激振蕩;所以調整器輸入端一般采用兩個電容并聯的設計。較大的電容提供濾波作用,一般取10uF左右;較小電容提供消除振蕩作用,取值一般為1uF,實際應用中一般選用0.1uF,位置盡量靠近調整器的輸入管角。如果輸入端采用工頻變壓器和二極管整流電路,為了提高濾波性能,輸入端的濾波電容值應該取的更大一些。
輸入電容除了考慮容值外,紋波電流額定值也必須考慮,輸入電容的紋波電流應小于器件手冊給出的額定值,電路的紋波電流可以用下面的公式簡單計算:
Iripple=PI×Vp×f×C
其中:
Iripple:輸入電容的紋波電流
Vp:紋波電壓的峰-峰值
C:輸入電容值
f:為紋波電壓的頻率,一般取100KHz
再考慮以上因素的時候還應該注意溫度對電容特性的影響,如鉭電容其電容值以及紋波電流額定值都隨著溫度的升高而降低。
另外電容都需80%的降額,鉭電容需要50-60%的降額。
2、輸出電容
電壓調整器的許多性能都受輸出電容的影響。其中電容值以及ESR對電路頻率響應的影響是最主要的。由于隧道深度的存在,輸出電容以及ESR選擇不當,非常容易引起電路的自激振蕩。因此電容的選擇建議參考器件手冊的隧道深度圖。
在選擇電容的時候還需要考慮溫度對容值以及ESR的影響,應該保證在整個溫度范圍內電路都是穩定的。(主要是鋁電容的ESR受溫度影響比較大,所以建議在溫度悲較大的應用場合下最好不要選擇鋁電容作為輸出電容)
在使用可調LDO調整器時,有時候我們為達到較好的輸出紋波抑制性能,調整器需要對地增加濾波電容,但是必須注意的是:電路的輸出增加了這個電容,又會增加一個閉環極點(f=1/2×pi×(R1//R2)×CC為補償電容),電路的輸出電容必須相應的增加,才能保證電路的穩定。
另外一個容易忽視的問題:LDO帶有多個負載的時候,每個負載電路的輸入電容都是調整器的輸出電容。
三、布局
LDO設計中,布局容易被忽視,其實布局是非常重要的。
1、元器件放置
為了保證調整電路有足夠好的瞬態響應特性,LDO調整器的帶寬都較高,這使得LDO容易發生振蕩,除外圍元件對LDO產生影響外,實際電路的寄生參數也會對電路的頻率響應特性產生影響:PCB走線產生的寄生電感。所以電路設計的時候,旁路電容應該盡量靠近器件引腳,即引線長度盡量短,調整器輸入端到旁路電容的走線距離應該小于1英寸。
2、地回路
調整器的性能也受到地回路的影響,主要是輸入濾波電容的回路引線位置不當。如果輸入電容回路引線和調整器負載回路存在物理上的連接,由于紋波電容的紋波電流峰值非常大(平均電流的5-15倍),輸入端的紋波電壓(50Hz或者120Hz)降耦合到負載電壓上。
3、反饋電壓檢測
另外一個影響:負載引線的電阻引起的檢測誤差,這個問題一般發生在輸出電流較大的電路中,使得負載電壓比實際設計的電壓低。
4、安裝
半導體器件失效率隨溫度升高而增加,而功率較大的調整器件通過散熱器保證器件正常工作時候的結溫不超過其額定值。安裝的是否需要注意的地方:
PCB設計的器件封裝一定要和器件封裝相吻合;
引腳彎曲角度要正確,否則器件將會受到較大的機械應力,可能導致封裝,管教以及鍵合絲問題;
絕緣材料(或者散熱器)表面粗糙,導致熱阻增大,可能導致器件結溫過高而損壞。
四、保護
1、采用雙電源供電的電路保護
在許多情況下,調整器的負載并不直接連接到地,而是采用兩個極性相反的調整器。常見與運算放大器,在這種情況下調整器的輸出必須連接嵌位二極管。
2、反偏保護
有時候可能出現調整器輸入電壓比輸出電壓的跌落速度快的可能:如輸入端迅速短路:調整器的輸出電壓大于7V時,這種情況可以使調整器元件的發射極-基極之間的P-N結擊穿損壞。我們一般在調整器的輸入-輸出端反相并聯一個二極管進行保護。
另外在三端可調整的電路中,如果輸出端使用較大的電容或者輸出電壓可能超過25V時。(大電容是指Co>25uF,Cadj>10uF)
總結
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