低壓差穩壓器（英語：Low-dropout regulator，LDO），又稱低壓差線性穩壓器、低壓降穩壓器，是線性直流穩壓器的一種，用途同是提供穩定的直流電壓電源。相比於一般線性直流穩壓器，低壓差穩壓器能於更小輸出輸入電壓差的情況下工作, 那該如何選正確運用及包裝選擇將簡單的介紹.
圖一 LDO 基本電路圖
(LDO) 非常適合需要低雜訊、低電流及低 VIN / VOUT 比之應用。
其基本電路圖可見圖一。低壓差線性穩壓器 (LDO) 藉由線性方式控制導通元件的導通，以調節輸出電壓。線性穩壓器 提供準確且無雜訊的輸出電壓，能快速因應輸出端的負載變化 。然而，線性調節意謂著輸入輸出的電壓差乘上平均負載電流就是線性穩壓器導通元件所消耗的功率，即 Pd = (VIN - VOUT) * ILOAD。高 VIN / VOUT 比 與高負載電流都會導致過多額外的功率損耗。請參考圖二 消耗的功率 PD 計算公式。
LDO 的每一種包裝都有耐瓦數(PD)限制 ,如圖三 Richtke LDO @60°C各種包裝耐瓦數值(PD) ,設計選用時需要考慮進去, 後續將用實例計算來介紹PD 限制。
圖三 LDO 各種包裝@ 60ºC PD值
接下來用 Richtek LDO RT9080N-08GJ5 (600mA,ADJ,TSOT-23-5) 來介紹實際運用上所需要留意點
Selection Guide
- 1.2V to 5.5V Operating Input Voltage
- Dropout Voltage : 0.31V at 600mA when VOUT ≥ 3V
- Power Dissipation: 0.43W
- Feedback Voltage : 0.8V
- Package Thermal(TSOT-23-5) : θJA = 230.6°C/W
- Junction Temperature Range : −40°C to 125°C
例: 輸入電壓 :3.6V ,輸出電壓: .3.3V , Dropout Voltage 310mV at 0.6A
Vin – Vdropout (Max) = 3.6V – 0.31V = 3.29V < Vout (3.3V) Fall
由於 Vdropout限制 3.6V to 3.3V/0.6A 就無法使用 RT9080N-08GJ5 ,需要選用 VDropout 更小 LDO 或是調大輸入電壓設計
將輸入電壓改為 5V , ,輸出電壓: .3.3V , Dropout Voltage 310mV at 0.6A
Vin – Vdropout (Max) = 5V – 0.31V = 4.69V > Vout (3.3V) Pass
5V to 3.3V/0.6A運用就可以使用 RT9078N-08GJ5
2. 包裝 PD 及 TJ 限制
例: 輸入電壓: 5V ,輸出電壓: 2.5V ,輸出電流= 300mA,環境溫度= 50°C
Vin– Vdropout (Max) = 5V – 0.31V = 4.69V > Vout (2.5V) Pass
PD = (Vin –Vout ) x Iout = (5V -2.5V) x 0.3A = 0.75W > PD(MAX) = 0.43W Fall
Tj = Ta +PDxθJa = 50 + 0.75x 230.6 = 222.95°C > Tj= 125°C Fall
受限於包裝PD&TJ 限制 ,RT9078N-08GJ5 就無法使用於 5V to 2.5V/0.3A 運用 ,需要選用PD較大的包裝 或是調小輸入電壓設計
將輸入電壓改為 3.3V ,輸出電壓: 2.5V ,輸出電流= 300mA,環境溫度= 50°C
Vin– Vdropout (Max) = 3.3V – 0.31V = 2.99V > Vout (2.5V) Pass
PD = (Vin –Vout ) x Iout = (3.3V -2.5V) x 0.3A = 0.24W < PD(MAX) = 0.4W Pass
Tj = Ta +PDxθJa = 50 + 0.24x 230.6 = 105.34°C < Tj= 125°C Pass
3.3V to 2.5V/0.3A運用就可以使用 RT9078N-08GJ5
總結一下ＬＤＯ設計運用時，需留意兩點 a.滿足Vdropout 電壓; b.PD & TJ 限制 ,將會決定選用包裝大小及可用輸入電壓範圍。