LDO是我们常用的电源解决方案,dropout voltage(压差)是LDO最常见的参数之一,但是并不是所有的工程师都能够正确的设计LDO dropout voltage,导致产品可靠性具有隐患,降低平均无故障时间。
和DCDC开关电源架构不同,LDO内部的管子是工作在放大状态的,在这样的大前提下,LDO输入输入必须要满足一定的压差条件,LDO才能有效进行反馈调节,正常工作。
对于Dropout Voltage我们一共有两个必关注因素:
第一个因素是Droput Voltage自身的范围,这个在IC内部基本已经固定了,这部分是应用工程师无法管控的,我们只能根据需求合理选型与应用。
LDO原理见下面视频介绍。
先介绍LDO内部影响Dropout Voltage的几个原因,指导大家来正确选型。
LDO内部除了基本的LDO控制电流外,往往还有一些保护电路、放电电路、逻辑控制电路等,有的LDO内部还有电荷泵等接口,这些电路都是要吃电的,所以IC的dropout voltage除了考虑内部管子的工作状态之外,还要考虑内部其他电路的供电需求。
下面的LDO,假设输出1V@Iout=300mA时,Dropout voltage 为0.14V,但是输入却不能选择1.14V,这是小于输入电压1.4V的要求,设计将不会保证性能和稳定性,有很多工程师其实是知道这点的,但是在设计时非常容易忘记这一项,容易顾此失彼,一定要仔细检查!一定要仔细检查!一定要仔细检查!
即使LDO输入电压可以是1.14V,输出是1V@Iout=300mA,我们也不能直接选择1.14V的电源提供给LDO。
Dropout Voltage我们无法改变,但是外部走线却是完全掌握在我们自己手里,也是应用工程师必须管控的。
下面介绍第二个必考虑因素,走线。
我们举“栗”说明,DCDC输出1.14V;负载需求,1V@Iout=300mA。
下图是线路损耗拆解,在走线100mΩ的情况下,如果要满足负载1V@Iout=300mA的需求,则留给LDO的dropout voltage只有0.08v,无法满足0.14V的规格,设计也无法保证性能和稳定性。
我们在走线时就要控制好走线的DCR,有必要仿真管控。
然而有人说实际应用中并没有遇到电路异常的情况,这是因为我们的负载一般不会反复拉到最大负载,输出电容也会储存一部分能量,LDO本身也有一定的余量,但是这并不是合理的设计,凡是存在隐患的设计,当量产的数量升上去后,必然会暴露出问题,这就是墨菲定律,给用户带来糟糕的体验。
上文只考虑了芯片内部和外部走线的因素,还有一种因素比较极限,这里也介绍下。
第三个因素是前置电源的纹波影响。
一般为了降低功耗,LDO前级选择DCDC开关降压电路,BUCK工作时会有纹波,使得LDO输入电压会有最低值,由于电容的存在,这一点的影响不是特别大,只有在极个别情况下才会考虑这点。
以上就是LDO dropout voltage设计时几个基本的注意事项,可靠的设计一点也马虎不得,当面对十几、几十甚至几百个电源网络时,工程师们,你能保证每个LDO的dropout voltage都是最合适的设计吗?
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