LDO在開關電源中的設計使用

2021-04-26 ryder

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緊要的參數。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，應依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緊要的參數，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使用于開關電源原理。

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。電容的詳盡使用要咨詢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。

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

使用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。該電源使用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。使用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。使用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。倘若解決不當，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，因此使用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。

實驗分解

圖3：開關電源負載調整率探測電路

下面通過以下兩個試驗來驗證該辦法的可行性：