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適用于輸入輸出電壓組合的LDO應用

電子設計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設計 ? 2019-01-23 08:40 ? 次閱讀

低壓差(LDO)穩壓器通常用作開關DC/DC轉換器輸出上的紋波抑制后穩壓器。除了改善輸出調節和最小化輸出紋波和噪聲外,這些LDO還可以改善瞬態響應。然而,作為添加到電路板的分立元件,它需要額外的電路板空間并增加了解決方案的成本。另一個限制是LDO的輸出電流受器件溫度上升的限制,因為功率耗散隨著輸出功率的增加而增加。為了解決這個問題并增加可用的輸出電流,像凌力爾特這樣的供應商已經將在單個封裝中具有多個LDO的效率開關DC/DC轉換器。 LDO可以并聯工作,為設計人員提供多種易于實現的選項,適用于各種輸入輸出電壓組合。因此,設計人員可以生成具有不同輸出電流的多個輸出電壓。或者工程師可以并聯所有LDO并散熱以產生最大額定電流和功率的單一輸出。

通過將高效降壓型開關轉換器與五個低噪聲LDO陣列相結合,可單獨使用在單個球柵陣列(BGA)封裝中額定輸出電流為1.1 A,Linear的μModule穩壓器LTM8001提供了這樣的解決方案。在一份題為“μModule穩壓器結合一個具有五個1.1 A LDO的開關:將它們用于多個低噪聲軌道,或將它們用于傳播熱量并將電流分配到5 A”的應用筆記中,線性應用工程師Andy Radosevich討論了在以下操作LDO的方案并聯以散熱并在特定電壓下增加輸出電流或使用它們產生多個輸出電壓。1

散熱 - 基本上,5A降壓轉換器LTM8001在輸入電壓范圍內工作6至36 V,支持1.2至24 V的輸出電壓范圍。降壓穩壓器的5個1.1 A線性LDO可并聯連接,以適應各種負載組合。雖然這些LDO中的三個與降壓轉換器的輸出相連,但其他兩個LDO連接在一個非專用輸入上,如圖1所示。

適用于輸入輸出電壓組合的LDO應用

圖1:三個降壓轉換器的五個LDO與降壓轉換器的輸出相連,而另外兩個LDO則連接到一個非專用輸入。

LTM8001采用散熱增強型,緊湊型(15×15 mm)和薄型(3.42 mm)超模壓BGA封裝,適用于標準表面貼裝設備的自動裝配。薄型封裝可以利用PC板底部未使用的空間進行高密度負載點(POL)調節。

由于LTM8001的內部LDO通常設置為后調節輸出在內置開關轉換器中,LDO可以并聯連接,以在所需輸出電壓下提升輸出電流。然而,根據Linear的說法,為了使LDO接近其額定輸出電流,輸入到輸出差分必須很低,因為隨著輸入到輸出差分電壓的增加會產生更多的熱量。參考文獻1中的應用筆記表明,當輸入至輸出差分較低時,接近壓差電壓時,LDO可以接近其額定輸出電流工作。因此,根據應用筆記,開關轉換器的輸出必須接近最高電壓輸出LDO的最小輸入電壓。此外,如果LDO產生多個輸出電壓,LDO輸出電流必須為額定輸出電壓相對較低的LDO。然而,根據Linear的說法,任何降額電流都可以通過將LDO并聯到散熱并增加電流容量來輕松恢復。

圖2中的電路顯示了并聯運行LDO以增加輸出電流和擴散的方案熱度。如圖所示,所有五個LDO并聯連接,產生一個2.5 V,5 A輸出。在這種情況下,LTM8001的內置開關轉換器產生的輸出電壓為3 V,比LDO的2.5 V輸出高500 mV。該輸入至輸出差分電壓足夠低,使LDO能夠在1.1 A的額定負載電流附近工作。因此,輸出電源為12 V時產生的最大輸出電流為5A。根據Linear的應用請注意,500 mV差分的選擇基于參數組合,其中包括所需的最大輸出電流,考慮到零件間差異的退出裕度,工作溫度的影響以及瞬態響應性能。

圖2:LTM8001的5個LDO并聯連接,在5 A時產生單個穩壓2.5 V輸出。

多輸出

基于LTM8001的雙低噪聲輸出解決方案如圖3所示。 ,輸入電源再次為12 V,但LDO配置為在5和3.3 V時產生兩個穩壓輸出.5 V LDO輸出具有與前一種情況相同的低500 mV輸入至輸出差分電壓,因此LDO 1和2可以在其額定電流附近工作。同樣,3.3 V輸出的輸入至輸出差分電壓較高,因此LDO 3,4和5的輸出電流均需降額至330 mA。然而,三個并聯的LDO執行散熱,因此降額LDO的可用組合輸出電流增加到1A。

應用筆記中的討論表明LDO的偏置必須高1.6 V(最壞的情況) )比最高相應的LDO輸出電壓。因此,對于圖2中的單輸出電路,偏置取自輸入VIN,但對于圖3中的雙輸出電路,5 V輸出LDO的偏置來自VIN,而偏置則為3.3 V輸出LDO來自5.5 V開關輸出(VOUT0)。

適用于輸入輸出電壓組合的LDO應用

圖3:基于LTM8001的解決方案,分別用于產生5 V和3.3 V的兩個穩壓低噪聲輸出。

為了最大限度地降低電壓紋波,開關轉換器輸出VOUT0和LDO輸出VOUT1 - VOUT5上使用的電容經過優化,可最大限度地降低電壓紋波。類似地,該電路顯示來自VIN的偏置輸入被濾波。由于LDO參考是噪聲源,因此應用筆記顯示電容被添加到SET1 - SET5以繞過LDO參考。因此,圖3中雙輸出電路的測量噪聲表明輸出噪聲頻譜最小。圖4顯示5 V輸出的一次諧波峰值為-63 dBm。

適用于輸入輸出電壓組合的LDO應用

圖4:圖3中的5 V輸出的輸出噪聲頻譜最小化 - 諧波峰值在-63 dBm。總之,高效降壓轉換器LTM8001的五個LDO輸出可配置為產生多達五種不同的輸出電壓,或組合在較高電流下產生單一輸出。

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