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，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相比相對較小，因此通常無法對其進行調整以提高效率。)調整 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減小。之后，進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單，因為我們通常沒有任何方法來減少負載。當V IN - V OUT delta 足夠大或允許開關噪聲時，開關模式電源可能是一個有利的替代方案。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(即沒有紋波)，LDO 是更理想的選擇。唯一的問題是熱量。

為了適應大負載(例如 5A)產生的熱量，必須相應地調整包裝的尺寸和形狀。1(想想TO-220。)這確保了通過調節(jié)產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，電路板需要設計成能夠充分散熱。2這可能是一個可行的解決方案，但它有幾個缺點：

· 熱量集中在板上。在考慮熱量如何對 PCB 上的其他集成電路 (IC) 和組件產生不利影響時，這可能會產生問題。如果放置得太近，熱量很容易使另一個 IC 越過邊緣進入熱關斷狀態(tài)。如果本地環(huán)境過熱，LDO 本身可能會進入熱關斷狀態(tài)。有一個布局問題：將散熱器連接到接地層可能很復雜。像 TO-220 這樣的通孔散熱器會在接地路徑中形成孔洞，從而有效地改變信號的路由。最好使用表面貼裝散熱器或電源焊盤，因為它們可以避免產生此類孔。

· 更高的電流會增加壓差。對于 LDO ，I OUT和 V DO之間存在線性關系。通過增加負載電流，增加的壓差可能會阻止 LDO 在較小的 V IN - V OUT增量下進行調節(jié)。

· 較高的電流會降低電源抑制比 (PSRR) 。雖然這種關系不是線性的，但增加 I OUT會導致所有頻率的PSRR降低。然而，更糟糕的關系是 PSRR 與 LDO 在接近壓降時運行的接近程度。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 會限制 LDO 充分衰減上行紋波的能力。

我很高興地說有一個替代方案：均流雙 LDO。

通過并聯(lián)使用兩個 LDO，我們可以有效地在兩個 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：

· 熱量分布得更好。通過調節(jié)產生的損耗不是集中在一個位置，而是在兩個共享負載的 LDO 之間分配。將熱量散布到整個電路板上可能有利于系統(tǒng)并導致更簡單的 PCB 設計。

· 輟學率較低。由于每個單獨 LDO 提供的電流是單個 LDO 提供的電流的一半，因此壓差會更低。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 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 將進一步提高。這轉化為更干凈的輸出軌。

盡管采用兩個 LDO 并將它們并聯(lián)以分流電流的想法聽起來很簡單，但實現(xiàn)起來比您想象的要復雜得多。簡單地將兩個 LDO 的輸出連接在一起，如圖 4 所示，將無法確保電流的均分，因為具有稍高輸出電壓的 LDO 將占主導地位，并試圖提供比另一個 LDO 更多的電流。占主導地位的 LDO 很容易進入電流限制，并且可能會熱關斷。

避免進入電流限制和熱關斷需要一種方法來匹配兩個 LDO 的輸出電壓。一種方法是使用鎮(zhèn)流電阻。這是一種簡單的方法，但它不是很準確，并且通過鎮(zhèn)流電阻器產生的損耗可能比預期的要高。輸出電壓容易變化 5% 或更多，尤其是在負載變化時。

另一種方法是最近作為 TI 設計引入的，它涉及引入一個額外的環(huán)路來匹配輸出。這涉及在開環(huán)配置中添加一個運算放大器，該運算放大器比較流入主從 LDO 的電流，并相應地驅動從 LDO 的反饋節(jié)點。這種方法的好處是不會影響準確性并且消耗的功率更少。