LDO的运行困境之二:最小负载

发布时间:2014-12-18 15:57    发布者:eechina
关键词: LDO , 有效负载 , 负载电阻
作者: Luca Vassalli

作为应用工程师,经常有人问我调节器能否在无负载条件下工作。现代的多数LDO和开关调节器都可在无负载条件下稳定工作,那么,人们为什么要反复问这个问题呢?某些较老的功率器件必须满足最低负载要求才能稳定工作,因为必须补偿的极点之一会受到有效负载电阻的影响,详见"应用工程师问答37——低压差调节器"。例如,图A表明,LM1117的最小负载电流要求为1.7 mA(最高5 mA)。

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图A. LM1117的最小负载电流规格

多数较新的器件都支持无负载运行,极少有例外。采用使LDO在任何输出电容(尤其是低DSR电容)条件下保持稳定的相同设计技术 来确保无负载条件下的稳定性。对那些要求负载的少数现代器件来说,导致限制的通常是通过调整元件的漏电流,而不是稳定性。怎样才能知道这些呢? 阅读数据手册。如果器件要求最低负载,数据手册一定会有所表示。

ADP1740和其他低电压、高电流LDO就属于这类。85℃时,来自集成电源开关的最差条件漏电流约为100μA,125℃时为500μA。无负载条件下,漏电流会对输出电容充电,直到开关VDS足够低并能使漏电流降至可忽略水平,因此无负载时输出电压升高。数据手册中要求500 μA的最低负载,如果器件将在高温条件下工作,则建议采用伪负载。相比器件的2-A额定值,该负载还是比较小的。图B所示为ADP1740数据手册规定的最小负载电流。

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图B. ADP1740的最小负载电流规格

如果数据手册未明确规定最小负载,应该怎么办呢? 多数情况下并不需要最小负载。这可能难以令人信服,但是如果需要最小负载,数据手册一定会明确说明。引起困惑的原因在于,数 据手册往往包含一些图示,展示了一定工作范围内的技术规格。多数示意图都是对数图,可以显示数十倍频程的负载范围,但对数标尺不能到零。图C展示的是ADM7160输出电压和地电流与负载电流在10 μA至200 mA范围内的关系。其他图(比如地电流与输入电压的关系图)展示的是多个负载电流条件下的测量值,却不显示零电流下的数据。另外,PSRR、线性调整率、负载调整率和噪声等参数会规定一定的负载电流范围,其中并不包括零,如图D 所示。尽管如此,所有这些都不表示需要最小负载。

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图C. ADM7160输出电压和地电流与负载电流的关系

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图D. ADM7160负载调节

具有节能模式(PSM)的开关调节器的用户往往担心器件在轻负载条件下的工作性能,因为PSM 会降低工作频率,跳脉冲工作,带来突发脉冲,或者这些问题同时存在。PSM可以在轻负载条件下降低功耗,提高效率。其不足是输出纹波会显著增加,但器件会保持稳定,可以轻松在无负载条件下正常运行。

如图E所示,当负载在800 mA和1 mA之间切换时,PSM会导致ADP2370高电压、低静态电流降压调节器的纹波增加。在1 mA条件下进行测试并不意味着1 mA就是最小负载。

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图E. ADP2370在节能模式下的负载瞬态

图F所示为纹波电压随负载电流变化的情况。在这种情况下,示意图一直变为零。这表明了两点,首先,负载可以为零;第二,无负载条件下的噪声可能不会比1 mA或10 mA条件下的噪声差。

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图F. ADP2370输出纹波与负载电流的关系

结论

多数现代调节器均可在零负载电流条件下稳定工作,但是,如果有疑问,请查询数据手册。谨慎为上。对数图不会变为零, 测试并非始终都在零负载电流条件下进行,但不得由此推断调节器在无负载条件下不能工作,即使数据手册未列出无负载条件下的数据。对于开关调节器,节能模式下出现纹波是正常现象,并不表示器件不稳定。
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