使用均流雙 LDO 使電流翻倍

考慮到低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 的線性操作，聽到它們被描述為有損和/或低效的情況并不少見。在很多情況下都是如此。有時(shí)，這是不公平的概括。您只需查看公式 1 即可了解原因：

損失在很大程度上取決于兩個(gè)變量：V IN和 I OUT。(由于 V OUT是固定的，并且 I GND通常與 I OUT相比相對(duì)較小，因此通常無(wú)法對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以提高效率。)調(diào)整 V IN以減小 V IN – V OUT delta 可最大限度地減少損耗。然而，delta 只能在 LDO 的壓降特性允許的范圍內(nèi)減小。之后，進(jìn)一步減少損失的唯一方法是降低 I OUT。

然而，以這種方式減少損耗并不是那么簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀兺ǔ](méi)有任何方法來(lái)減少負(fù)載。當(dāng)V IN - V OUT delta 足夠大或允許開關(guān)噪聲時(shí)，開關(guān)模式電源可能是一個(gè)有利的替代方案。但是如果 delta 很小(例如 V IN : 1.2V, V OUT : 0.9V)或者如果需要干凈的電源軌(即沒(méi)有紋波)，LDO 是更理想的選擇。唯一的問(wèn)題是熱量。

為了適應(yīng)大負(fù)載(例如 5A)產(chǎn)生的熱量，必須相應(yīng)地調(diào)整包裝的尺寸和形狀。1(想想TO-220。)這確保了通過(guò)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的熱量可以從芯片散發(fā)到電路板和周圍環(huán)境中。同樣，電路板需要設(shè)計(jì)成能夠充分散熱。2這可能是一個(gè)可行的解決方案，但它有幾個(gè)缺點(diǎn)：

· 熱量集中在板上。在考慮熱量如何對(duì) PCB 上的其他集成電路 (IC) 和組件產(chǎn)生不利影響時(shí)，這可能會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。如果放置得太近，熱量很容易使另一個(gè) IC 越過(guò)邊緣進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。如果本地環(huán)境過(guò)熱，LDO 本身可能會(huì)進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。有一個(gè)布局問(wèn)題：將散熱器連接到接地層可能很復(fù)雜。像 TO-220 這樣的通孔散熱器會(huì)在接地路徑中形成孔洞，從而有效地改變信號(hào)的路由。最好使用表面貼裝散熱器或電源焊盤，因?yàn)樗鼈兛梢员苊猱a(chǎn)生此類孔。

· 更高的電流會(huì)增加壓差。對(duì)于 LDO ，I OUT和 V DO之間存在線性關(guān)系。通過(guò)增加負(fù)載電流，增加的壓差可能會(huì)阻止 LDO 在較小的 V IN - V OUT增量下進(jìn)行調(diào)節(jié)。

· 較高的電流會(huì)降低電源抑制比 (PSRR) 。雖然這種關(guān)系不是線性的，但增加 I OUT會(huì)導(dǎo)致所有頻率的PSRR降低。然而，更糟糕的關(guān)系是 PSRR 與 LDO 在接近壓降時(shí)運(yùn)行的接近程度。隨著 V IN – V OUT delta 接近壓差電壓，PSRR 將由于 FET 增益降低而顯著下降。降低的 PSRR 會(huì)限制 LDO 充分衰減上行紋波的能力。

我很高興地說(shuō)有一個(gè)替代方案：均流雙 LDO。

通過(guò)并聯(lián)使用兩個(gè) LDO，我們可以有效地在兩個(gè) IC 之間分配電流和損耗。因此，我們能夠解決單 LDO 操作的缺點(diǎn)：

· 熱量分布得更好。通過(guò)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的損耗不是集中在一個(gè)位置，而是在兩個(gè)共享負(fù)載的 LDO 之間分配。將熱量散布到整個(gè)電路板上可能有利于系統(tǒng)并導(dǎo)致更簡(jiǎn)單的 PCB 設(shè)計(jì)。

· 輟學(xué)率較低。由于每個(gè)單獨(dú) LDO 提供的電流是單個(gè) LDO 提供的電流的一半，因此壓差會(huì)更低。這允許小的 V IN – V OUT三角形操作。

· PSRR 更好。類似地，PSRR 將由于每個(gè) LDO 提供更少的電流而得到改善。此外，隨著壓差變小和 V IN - V OUT delta 增加，PSRR 將進(jìn)一步提高。這轉(zhuǎn)化為更干凈的輸出軌。

盡管采用兩個(gè) LDO 并將它們并聯(lián)以分流電流的想法聽起來(lái)很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比您想象的要復(fù)雜得多。簡(jiǎn)單地將兩個(gè) LDO 的輸出連接在一起，如圖 4 所示，將無(wú)法確保電流的均分，因?yàn)榫哂猩愿咻敵鲭妷旱?LDO 將占主導(dǎo)地位，并試圖提供比另一個(gè) LDO 更多的電流。占主導(dǎo)地位的 LDO 很容易進(jìn)入電流限制，并且可能會(huì)熱關(guān)斷。

避免進(jìn)入電流限制和熱關(guān)斷需要一種方法來(lái)匹配兩個(gè) LDO 的輸出電壓。一種方法是使用鎮(zhèn)流電阻。這是一種簡(jiǎn)單的方法，但它不是很準(zhǔn)確，并且通過(guò)鎮(zhèn)流電阻器產(chǎn)生的損耗可能比預(yù)期的要高。輸出電壓容易變化 5% 或更多，尤其是在負(fù)載變化時(shí)。

另一種方法是最近作為 TI 設(shè)計(jì)引入的，它涉及引入一個(gè)額外的環(huán)路來(lái)匹配輸出。這涉及在開環(huán)配置中添加一個(gè)運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器比較流入主從 LDO 的電流，并相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)從 LDO 的反饋節(jié)點(diǎn)。這種方法的好處是不會(huì)影響準(zhǔn)確性并且消耗的功率更少。