线性稳压器

连载一:什么是LDO线性稳压器的并联?

LDO线性稳压器是线性降压型电压稳压器中的低饱和(Low Dropout:LDO)型产品,通常被称为“LDO”,是目前线性稳压器的主流产品。由于设计简单,并且在部件数量、尺寸、成本方面具有诸多优势,因此,即使在近年来开关稳压器的应用日益增多的情况下,LDO线性稳压器依然是根据应用需求被广为采用的电源IC。

普通LDO线性稳压器的容许损耗最多几瓦,比如5V输入3.3V输出时,输出电流约为1A。针对更高的要求,近年来多采用开关稳压器来对应。不过,有些方法可以解决使用LDO线性稳压器时带来的输出电流增加、容许损耗超标等问题。其中一个方法就是并联LDO线性稳压器(以下简称“LDO”)。

LDO线性稳压器的并联

LDO并联是一种很早以前就有的方法,从理论上看,在理想的情况下,比如将两个1A的LDO并联,可以获得2A(翻倍),从分担损耗的角度看,两个并联可以使每个LDO的损耗减半。

线性稳压器系列 | LDO外部滤波器设计要领

通过三篇技术小文章,我们对线性稳压器进行了一番系统的梳理,从基本原理,功能及类型开始,逐步递进,层层深入又详解了汽车级LDO内置诊断及保护功能。最后,从汽车应用供电结构开始剖析,讲解如何根据应用选择一颗合适的线性稳压器。

线性稳压器系列 | 如何根据应用需求选择合适的线性稳压器

“针对不同的汽车应用需求,线性稳压器分成多种类型,除了通用型线性稳压器以外,还有后级线性稳压器、跟随器和电流检测型线性稳压器。每种类型分别有什么特点?在不同的应用中该如何选择?下面我们来详细说明。”——万丹,本文作者

1、汽车应用中的电源供电结构概述

线性稳压器系列 | 汽车级LDO内置诊断和保护功能详解

汽车应用对模块和元器件的可靠性要求都很高,汽车级的线性稳压器,为了支持系统达到这样高可靠性的要求,内部也集成了丰富的诊断和保护功能,下面以贸泽电子(https://www.mouser.cn/)备有的OPTIREGTM LINEAR产品举例,详细介绍这些功能的作用,原理和使用建议。

从线性稳压器的原理,功能及类型说起......

线性稳压器是通过线性调节来实现恒定电压输出的电源集成芯片,与分立器件电源比,它集成度更高,输出更稳定,同时集成了更多的诊断与保护功能。

线性稳压器有多种类型,除了通用型线性稳压器以外,还有后级线性稳压器、跟随器和电流检测型线性稳压器,以满足不同的应用场景需求,广泛使用于汽车电子设计中。

线性稳压器连载(4):优缺点是什么?效率和热计算?

线性稳压器的最大优点在于使用简单。由于输入和输出各只附1个电容器工作,实质上或许可以说不需要设计。换句话说,散热设计或许比电路设计麻烦(参考热计算1-6)项)。此外,因为没有开关电源般的开关噪声,纹波抑制特性或电压噪声本身也小,所以在例如AV、通讯、医疗、测量等必须排除噪声的应用上较受欢迎。

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图 7:应用例

缺点在于输出输入的电压差大则损耗就大,损耗几乎完全变为热能,某些条件下发热会非常大。如果使用功率达几瓦以上等级,就必须常常面对发热的问题。此外,线性稳压器只能降压。负电压用的情况虽也相同,不过负电压经常被混淆,在此加以说明。负电压用线性稳压器,例如输入功率为-5V时,无法输出更低的-12V。由于电位从-5V降至-12V,电压从-5V朝-12V的负方向増加,故会朝负方向升压。因此,可以做到的是以输入-12V达到输出-5V。

线性稳压器连载(3):重要规格

这里所提的线性稳压器是IC(Integrated Circuit/集成电路),与其他的IC,例如运算放大器等,同样有表示特性或性能的规格。规格的英语为Specification,有方法、标准、基准等含义。线性稳压器的技术规格即规格表,其中有表示输出电压值及其精度等。这些称为参数。技术规格除了参数之外,还记载了最大额定值、工作保证条件、特性图表等非常重要的信息。图-9为基本技术规格、规格确认点及规格表例。

绝对最大额定值定义为连一瞬间都不可超过的值。其中虽然然有时会包含短路时间等时间概念的项目,不过基本上任何时间都不可超过,当然更没有±5%的公差值。有时会出现:“超过的话会如何?”或“有多少余量?”等提问。或许大家有兴趣知道,不过考虑绝对最大额定值的定义后就了解这问题并没有讨论的空间,应该探讨的是如何让使用上的最大值不超过最大额定值,或是使用较充裕的最大额定值。

保证规格值的条件非常重要,例如确认施加电压或温度等。实际使用条件和规格要求条件未必一致。例如,如果条件为Ta=25℃,其保证值则终究为Ta=25℃下的值。然而,实际使用上并非Ta=25℃这样的恒温条件中。因此,查看规格值时务必确认是否为某一点值、某范围,例如工作保证温度的值,然后再确认实际使用条件及接近设计设备工作条件的值。附带的特性图表可有助于判断。

线性稳压器连载(2):可以分为几类呢?电路构成和特征?

系列稳压器、三引脚稳压器、降压器、LDO。这些想必有听过的名称全都是指线性稳压器。除了这些名称,根据其功能或方式可以分成几类。

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图 3:线性稳压器的体系

首先,大致分类的话可以分为正电压用和负电压用。另外,负电压用种类并不多。其下可分为固定输出型和可变输出型。固定型有输入、输出、GND等3引脚,以标准型号78xx(正)、79xx(负)型为代表。IC内置设定用的电阻,反馈引脚无须外露。可变型如图1例所示,如果为GND基准型,反馈引脚会露出变成4引脚。可变型还有无GND引脚的浮动工作317(正)、337(负)等类型,这些为3引脚。

固定和可变的又分为标准型和LDO型。LDO是Low Dropout的简称,相对于标准型3V左右的压差电压(可进行稳定工作的最低输出输入电压差),改良的1V以下的LDO,在3.3V电源IC问世时开始普及。在12V转换至5V规格全盛时期,即使压差电压为标准型3V左右也没有什么问题,但如果需3.3V电源时就无法从5V产生3.3V,于是就诞生了LDO。

线性稳压器连载(1):工作原理是什么?

线性稳压器又称为三引脚稳压器或降压器等,由于电路简单而容易使用,是许多设计者以前早就耳熟能详的电源。过去由分立器件所构成,IC化普及后变得既简便又小型,被使用在各种不同电源的应用中。近年电子设备要求必须具有高效率,需要大输出功率的设备逐渐以开关电源为主流,不过简单又省空间且低噪声的线性稳压器则是哪里都用得到的电源。

本项从线性稳压器的工作原理开始,说明其主要规格与热计算。

线性稳压器的工作原理

线性稳压器基本上由输入、输出、GND引脚所构成,可变输出则在此增加反馈输出电压的反馈(feed back)引脚(参考图1)。

线性稳压器内部电路概述如图2所示。基本上由误差放大器(误差检测用运算放大器)、基准电压源、输出晶体管所构成。输出晶体管虽用Pch MOSFET,但也可使用Nch的MOSFET、双极的PNP、NPN晶体管。

AC/DC连载(4):平滑后的 DC/DC 转换(稳定化)方式和所谓线性稳压器

平滑后的 DC/DC 转换(稳定化)方式