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2021.01.13 DC/DC

使用鎮流電阻並聯LDO

LDO線性穩壓器的並聯

上一篇文章中介紹了LDO兩種並聯方法之一:使用二極體並聯LDO的方法。本文將介紹另一種方法:使用鎮流電阻並聯LDO的方法。

使用鎮流電阻並聯LDO

使用電阻並聯LDO的範例如下。由於輸出路徑中具有串聯的電阻,因此輸出電壓會隨著負載電流的增加而下降。

在這個範例電路中也是具有較高輸出電壓的LDO開始提供電流。當具有較高電壓的LDO的輸出電流流過鎮流電阻時,會引起電壓降,並且當其變得與具有較低電壓的LDO電壓相同時,具有較低電壓的LDO也開始提供電流。這樣,利用電阻的電壓降來平衡輸出電壓,每個LDO都會向負載供應電流。輸出電壓的平衡關係可以透過以下公式來表示:

バラスト抵抗を使ったLDOリニアレギュレータの並列接続回路例

VOUT1-IOUT1×RBALLAST=VOUT2-IOUT2×RBALLAST

VOUT1:LDO1的輸出電壓
VOUT2:LDO的輸出電壓
IOUT1:LDO1的輸出電流
IOUT2:LDO2的輸出電流
RBALLAST:鎮流電阻

鎮流電阻、分流至VOUT1和IOUT2的電流、LDO間的電壓差之間的關係可透過以下公式來表示:

但是,IOUT1+IOUT2=ILOAD

從這個公式可以看出,當試圖改善VOUT1和IOUT2之間的電流平衡時,鎮流電阻RBALLAST的電阻值就會增加,並且當LDO間的輸出電壓差較大時,RBALLAST也會增加。另外,負載點處的電壓降會隨著電阻值的增加而增加。

例如,當3.3V、1A輸出的LDO1波動+1%、LDO2波動-1%時,輸出電壓差將達到66mV(3.3V的2%)。如果將負載電流2A分為1.2A和0.8A,則根據上述公式,鎮流電阻為0.165Ω。

從右圖中可以看出各LDO的輸出電流是怎樣分配來供給負載的。由於LDO1的輸出電壓較高,因此到0.4A的負載電流中只有LDO1的電流。鎮流電阻帶來的電壓降在0.4A附近超過66mV(=0.4A×0.165Ω),LDO1和LDO2的輸出電壓在VOUT點變為相同,因此LDO2的電流開始流動。在2A時被分為1.2A和0.8A,與計算值一致。

本來並聯兩枚輸出為1A的LDO是希望獲得2A的輸出電流,但是對於最大額定輸出電流為1A的LDO來說,當其中一個達到1A時,就達到了這個系統的最大輸出電流,因此如圖所示,可供給的最大輸出電流變為1.6A。

請看下面的負載調節圖表。隨著負載電流的增加,鎮流電阻帶來的電壓降也會增加。電壓降可透過下列公式來計算。實際的電壓降是在該電壓上加上LDO本身的負載調節電壓。

  VDIFF:LDO1和LDO2的輸出電壓差
  RBALLAST:鎮流電阻
  ILOAD:負載電流*
  * LDO1和LDO2的輸出電流都流過的區域。

在下面的LDO範例中,輸出電壓容差為±3%(包括溫度特性)。當輸出3.3V、1A的LDO1波動+3%、LDO2波動-3%時,輸出電壓差為198mV(3.3V的6%)。如果將負載電流2A分為1.2A和0.8A,則鎮流電阻為0.495Ω。

從左下方的圖中可以看出各LDO的輸出電流是怎樣分配來供給負載的。與前面的範例一樣,在輸出電壓波動±1%的情況下,電流的分配與計算一致。另外,右下圖給出了該條件下的負載調節特性。負載電流帶來的電壓降隨著鎮流電阻值的增加而增加。

如前所述,各LDO的輸出電壓差、輸出電流分配、輸出電壓降之間存在矛盾權衡關係,需要平衡每種特性來決定鎮流電阻的值。由於輸出電流會流過鎮流電阻,因此會產生較大的功率損耗。請確認所使用的電阻的額定功率是符合規格要求的。在JEITA(RCR-2121A/B電子裝置用固定電阻的使用注意事項指南)中,建議在額定功率的50%以下使用。

關鍵要點

・使用鎮流電阻並聯LDO的方法中,輸出電流可按計算公式求出的值分配。

・由於LDO的輸出電流會流過鎮流電阻,因此在負載點會產生電壓降,電阻中會產生功率損耗。

・各LDO的輸出電壓差、輸出電流的分配、輸出電壓降之間存在矛盾權衡關係,需要在平衡各種特性的基礎上决定鎮流電阻的值。

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