技术干货get√——世强资深FAE教你深入理解LDO规格书

电源

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作为一个刚毕业的大学生，现在还处于理解规格书的阶段，正好公司的合作供应商深圳世强的FAE给我们部门做了个电源技术培训，让我这个菜鸟涨了很多姿势。这里分享些比较basic的东西——关于LDO基本概念的深入理解，是设计中最常用到的基本概念，尤其是对我们菜鸟理解LDO规格书很有帮助。里面很多是以理光微电子（RICOH）的LDO作为例子，说起来惭愧，对于这个在电源领域大名鼎鼎的公司，我在学校居然没听过，汗ing…据世强的FAE介绍，理光也是他们新签的产品线，特别提到了他家的LDO，绝对是理光（RICOH）的明星产品，低功耗和高精度等是最主要的特点，在电池供电的场合，如便携式医疗保健和工业的4表等中有很多应用。

闲话不说了，下面分享LDO规格书上经常出现的一些概念的详细解释。

1. 过热保护电路

以蓝色椭圆形圈出的过热保护电路可在输出引脚（VOUT）和接地引脚（GND）短路等状况时检测电压调节器是否过热，并停止电压调节器的运行以防止其受损。如果电压调节器结点的温度超过 150°C，则过热保护电路会停止电压调节器的运行。此外，如果电压调节器停止运行后结点的温度降至 125°C 以下，则将重新开始电压调节器的运行。（实际温度会因产品而异。）因此，过热保护电路的操作将重复关闭和开启电压调节器，直至引起电压调节器过热的原因被消除。结果可能会产生脉冲形输出电压。请避免这种情况的发生。在规格书中，用过热保护检测温度（TTSD）和过热保护解除温度（TTSR）来表示。

2. 自动放电功能

当通过 CE 引脚将电压调节器从工作模式切换至待机模式时，VOUT 引脚电压不会立即降至接地的水平，因为输出电容需要时间来放电。为防止这种情况，理光在具有此功能的电压调节器输出电路（下图中用蓝色圆圈圈出）中增加了 N 型晶体管，以使输出电容可以迅速放电。自动放电功能可以与系统关断时序相结合。

如左图所示，连接至 VOUT 引脚的电容在不带自动放电功能的情况下放电需要 2.73 秒，而在带带自动放电功能的情况下放电则只需要 126μs。
自动放电功能确保了当电压调节器进入待机模式时输出快速下降，同时也能防止当连接至 VOUT 引脚的输出电容向外部系统放电时（如右图所示）可能会产生的问题。

3. 节电功能

诸如手机等越来越多的各种设备不仅仅具有通话模式（工作模式）和关闭模式这两种状态，同时还具有待机模式（休眠模式）等状态。但是，在工作模式和休眠模式中，电压调节器必须满足完全不同的要求。在工作模式中，电压调节器必须快速响应并具有高纹波抑制比，但在休眠模式中会消耗较低的消费电流。为了满足这些相互冲突的条件，理光的电压调节器具备了节电功能，可允许在快速响应模式和低功耗模式之间进行切换。

快速响应模式具有比低功耗模式快 100 倍的负载瞬态响应速度，而输出电压变化则为低功耗模式的 1/10。

与快速响应模式相比，低功耗模式的消费电流仅为 1/10。

快速响应模式中，1kHz 时的纹波抑制比约为 75dB，而在低功耗模式中，1kHz 时的纹波抑制比将为约 35dB。

4. 逆流防止电路

逆流防止电路保护电压调节器免受来自 VOUT 引脚的逆电流的损害。如果逆电流检测器检测到 VOUT 引脚电压高于 VDD 引脚电压，则将切换电路以防止逆电流。在 R1163x 系列中，逆电流（IREV）限制为 0.1μA（最大）。（当VOUT≧0.5V 且0V≦VIN≦6V 时）

5. 浪涌电流限制电路

浪涌电流限制电路可防止电压调节器启动时的浪涌电流造成输出电压的波动。由于短路限流电路的作用，电压调节器输出电流和输出电压之间的关系图呈折回形状，如下图所示。但是，启动电压调节器时，会有大量的电流在输出电容充电前涌入。基于如下所示的输出电压和输出电流特性实例图，大约会有 1600mA 的浪涌电流在流动。这种情况下，输出电流将会受到影响，一旦浪涌电流停止，输出电流将会立即猛增。为了避免这种情况的发生，浪涌电流限制电路会在电压调节器启动后的一定时间内将输出电流限制在 500mA 以下。

6. 浪涌电流限制时间可调

浪涌电流限制电路会在电压调节器启动时限制浪涌电流。但是当输出电容较大时可能无法产生足够的效果。当浪涌电流限制时间短于浪涌电流发生时间时就会出现这种情况。R1190x 系列的浪涌电流限制电路通过连接电容至 DELAY 引脚来设定浪涌电流限制的时间。浪涌电流限制时间（tD）和连接至 DELAY 引脚的电容器的电容（CD(F)）之间的关系可通过以下公式来计算：tD = (0.000198+ (3.79 x 107 x CD)) x VIN 即使电容没有和 DELAY 引脚连接，浪涌电流也会被限制。这种情况下，CD=0，根据上述公式计算可得出浪涌电流限制时间。（tD=约200μs × VIN)

7. 双通道 LDO 电压调节器

双通道 LDO 电压调节器包括单路输入类型和双路输入类型。单路输入类型中两个电压调节器共享一个输入引脚，由于减少了引脚的数量，因此其封装较小。但是，在输入电压和输出电压之间存在较大的差异，由于两个电压调节器的输入电压相同，因此能耗和功耗会变大。

8. 使用前的注意事项

・特性实例

・PCB 布线
确保 VDD 和 GND 导线的鲁棒性。如果它们的阻抗过大，则可能会导致噪声或使运行不稳定。在 VDD 和 GND 引脚之间连接一个大小适当的电容，并且尽可能的靠近引脚。

・相位补偿
在 LDO（低输入输出电压差）电压调节器中具有相位补偿，因此即使在负载电流变化时也能确保稳定运行。为此，采用了具有良好频率特性和适宜的 ESR（等效串联电阻）的电容 COUT。（阴影区域中为数据值。）如果采用了钽电容且电容的等效电阻值较大，则输出可能会不稳定。评估电路时应将频率特性考虑在内。根据电容尺寸、制造商和元件型号，电容的偏压特性和温度特性有所不同。评估电路时应将实际特性考虑在内。

9. 短路限流电路

蓝色椭圆形中所示的短路限流电路作为“电流限制”，在输出引脚（VOUT）和接地引脚（GND）短路时，通过限制输出电流来保护电压调节器免受损害。它由过流保护电路和短路电流保护电路组成。在特性实例中，在“输出电压和输出电流”图上，过流保护活动用蓝色线条标出，短路电流保护活动用蓝色圈圈出。过流保护的限制电流值在规格书中没有定义。请参阅特性实例的图表。短路电流保护的限制电流值在规格书中被定义为短路限流（Ilim）。在理光电压调节器中，通常设定在 30mA 至 250mA 的范围内。

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