常见 LDO 线性稳压芯片的对比选型

稳压器(Voltage Regulator)是一种在电源电压或者负载电流发生变化的时候,依然能够提供稳定输出电压的元件。常见的稳压器主要分为线性稳压器开关稳压器两种。其中,开关稳压器是通过重复切换输出级的开关状态,并配合其它储能元件来产生指定的输出电压。而线性稳压器则是通过获取输出电压反馈,然后经由误差放大器组成的控制电路,动态的调节输入与输出之间的电压差,进而实现动态稳压的目的,其主要特点是输入电压 \(V_{IN}\) 大于输出电压 \(V_{OUT}\)

近几年低压差稳压器LDO,Low Dropout Regulator)被广泛应用在微控制器电路当中,其主要特点在于输入电压与输出电压之间的压差 \(V_{DROPOUT}\) 非常小(通常在几十毫伏到几百毫伏范围)。在上述的 LDO 原理示意图当中,绿色的误差放大器通过改变内部的可变电阻,就能够达到了稳定输出电压 \(V_{OUT}\) 的目的(其中 \(RDS_{ON}\) 包含了 LDO 内部的 调整元件电阻片内互连电阻引脚电阻线焊电阻)。

经典线性稳压器 1117 系列

AMS 公司(Advanced Monolithic Systems)的 AMS1117 是一款比较经典的线性稳压器。除此之外,德州仪器 TLV1117安森美 NCP1117微盟电子 ME1117长晶科技 CJT1117 也推出了类似命名的 Pin-to-Pin 产品。SOT-2231117 系列芯片的典型封装形式,下面的示意图对其引脚的功能进行了说明:

而下面的原理图是固定电压输出版本 1117 的典型应用电路,这里推荐使用 10uF钽电容作为旁路电容 \(C_1\),以及 10uF钽电容作为输出电容 \(C_2\)

而下面的原理图则是可调电压输出版本 1117 的典型应用电路,其输出电压公式为 \(V_{OUT} = V_{REF} \times (1 + \frac{R_2}{R_1}) + I_{ADJ} \times R_2\)。公式当中的 \(I_{ADJ}\)(约 50uA)通常可以被忽略,因为其值远远小于 \(R_1\) 上面的电流(约 2mA ~ 10mA)。

输出电压精度

1117 系列线性稳压器的输出电压精度,通常为标称电压值的 \(\pm 1.5 \%\) 左右,即如果标称输出电压为 3.3V,那么实际的输出电压应当介于 3.25V ~ 3.35V 之间:

元件型号 空载输出电压 满载输出电压
AMS1117 3.33V 3.3V
TLV1117 3.27V 3.26V
NCP1117 3.31V 3.3V
ME1117 3.28V 3.26V
CJT1117 3.32V 3.32V

注意空载输出是指稳压器在输出电流为 0mA 时的输出电压值,而满载输出则是指 1117 芯片在输出电流为 800mA 时的输出电压值。

输出纹波控制

输出纹波用于衡量线性稳压器输出电压的平稳程度,是一个叠加在直流稳定值之上的交流分量。通常只需要把这种纹波控制在 20mV 以内,就能够满足正常的使用。

元件型号 空载输出电压纹波 满载输出电压纹波
AMS1117 17.6mV 19.2mV
TLV1117 16.2mV 18.4mV
NCP1117 15.8mV 16.8mV
ME1117 16.7mV 17.6mV
CJT1117 16.2mV 16.8mV

动态电压波动

因为线性稳压器的后级负载通常是动态变化的,所以就会导致其输出电压发生波动,这种波动是衡量线性稳压器性能一个非常重要的参数。

元件型号 波动电压大小
AMS1117 344mV
TLV1117 94mV
NCP1117 134mV
ME1117 216mV
CJT1117 172mV

注意:通常 1117 系列的输出电容都会要求使用钽电容,而非相同容值的陶瓷电容,这是因为钽电容的寄生电阻较大,而陶瓷电容的寄生电阻较小。换而言之 1117 系列的电源环路稳定性,非常依赖于拥有更大寄生电阻的钽电容,从而提升其动态响应性能。

选型总结

  • 通常情况下 1117 系列的最大输出电流为 1A,但是当在 5V3.3V 且输出电流为 800mA 的时候,芯片的发热温度将会达到 130°C 左右,所以尽量不要让 1117 去负载高于 1W 的功率;
  • 由于 1117 系列的 SOT-223 封装体积较大,比较浪费 PCB 布线空间,并且不能使用陶瓷电容作为滤波电容,同时静态电流也比较大(毫安级别),因而不适用于低功耗场景,加之假货与翻新件泛滥成灾,所以工程实践当中已经较少被使用到;

低压差线性稳压器 LDO

低压差稳压器LDO,Low Dropout Regulator)相对于传统的线性稳压器而言,输入与输出之间的电压差更小。传统的 78xx 系列线性稳压器,其输入电压至少要比输出电压高出 2V ~ 3V。即便是要求更低一些的 1117 系列,其压差也至少应在 1V 以上。这种情况对于 5V3.3V 的场景,其输入与输出之间的压差仅有 1.7V,显然无法满足正常工作的要求,因此 LDO 低压差稳压器应运而生,下面表格展示市场上常见的三款 LDO 芯片的性能参数:

LDO 型号 封装形式 静态电流 输出纹波 动态响应 输出精度
XC6206 SOT-23-3 1.4uA < 5mV 680mV 0.6%
ME6206 SOT-23-3 8.3uA < 5mV 11.6mV 0.9%
ME6211 SOT-23-5 36.9mA < 5mV 18.2mV 0.6%

注意:当上述芯片的输出电流为 100mA 的时候,发热温度约等于 55°C,而当输出电流达到 200mA 的时候,则发热温度也将会达到 76°C,高于这个温度就需要考虑加装散热装置,并且选用更加有利于散热的 PCB 布局。

  • 对于 SOT-23 封装的 LDO 线性稳压芯片,在 5V3.3V 的情况下,最大输入电流应当控制在 200mA 以内。如果需要使用更大的输出电流,则可以考虑使用 1117 系列;
  • 特瑞仕XC6206 静态电流较小,适合低功耗场景,但是需要注意它的动态响应和纹波都比较大;
  • 微盟电子ME6211ME6206 系列性价比较高,小批量采购不容易购买到假货;
  • SOT-23-5 封装的 LDO 元件相比于 SOT-23-3 多出一个 ENABLE 控制引脚(关断之后电流较小),如果需要控制输出就选择 SOT-23-5 封装,如果希望更小的封装,则可以选择 SOT-23-3 封装;

特瑞仕 XC6206 系列

特瑞仕 XC6206 系列是一款高精度低功耗的 LDO 线性稳压芯片,即使在输出电流较大的情况下,其输入与输出之间的压差依然较小。其常见的 SOT-23-3 封装通常拥有 输入输出接地 三个引脚,内部包含有限流电路驱动三极管高精度参考电压源误差校正电路等单元电路:

XC6206 系列稳压芯片的主要性能参数如下面的表格所示:

参数名称 参数值
最大输出电流 200mA (3.0V type)
输入输出压差 250mV @ 100mA (3.0V type)
最大工作电压 6.0V
输出电压范围 1.2V ~ 5.0V0.1V 递进)
输出精度 \(\pm2\% @V_{OUT}\ge1.5V\)\(\pm30mV@V_{OUT}<1.5V\)\(\pm1\% @V_{OUT}\ge2.0V\)
低功耗 典型值为 1.0 μA
输出电容类型 可以兼容低 ESR 的陶瓷电容
保护措施 内置限流电路
工作环境温度 -40℃ ~ 85℃

XC6206 系列可以选用较低等效串联电阻(ESR,Equivalent Series Resistance)的陶瓷电容,并且可以通过内部的限流电路提供输出引脚的短路保护,其典型应用电路如下面的原理图所示:

微盟电子 ME6206 系列

微盟电子推出的 ME6206 系列是一款低功耗低压差、高纹波抑制率,并且具有过流与短路保护的 CMOS 降压型稳压芯片,该系列元件具有较低的静态偏置电流(典型值为 8.0μA),可以在输入输出电压差极小情况下,提供约 300mA 的输出电流,并且仍然能够保持良好的调整率。

参数名称 参数值
高精度输出电压 ±2%
输出电压 1.5V ~ 5.0V,步长为 0.1V
最大工作电压 6V
静态偏置电流典型值 8.0μA
带载能力 \(V_{in}=4.3V\)\(V_{out}=3.3V\) 的时候,输出电流 \(I_{out}=300mA\)
输入输出电压差 输出电流为 90mA 时的压差为 0.2V,而输出电流为 200mA 时的压差为 0.4V

ME6206 系列稳压芯片的常用封装形式为 SOT-23-3,其典型应用电路如下图所示:

注意:上述原理图当中的 VIN 表示电压输入引脚,VOUT 表示电压输出引脚,而 VSS 则表示的是接地引脚。

微盟电子 ME6211 系列

微盟电子推出的 ME6211 系列,同样是一款高精度、高纹波抑制比、低噪声,快速响应的 CMOS 低压差线性稳压器,该芯片内置有参考电压源误差修正电路限流电路相位补偿电路低内阻 MOSFET,可以达到高纹波抑制、低输出噪声、超快速响应的性能指标:

参数名称 参数值
最大输出电流 \(V_{in}=5V\)\(V_{out}=3.3V\) 的时候,输出电流 \(I_{out}=500mA\)
输入输出电压差 输出电流为 100mA 时压差为 100mV
工作电压范围 2V ~ 6.0V
输出电压范围 1.2V ~ 5.0V,步长为 0.1V
输出精度 ±2%
静态电流 典型值为 50uA
关断电流 典型值为 0.1uA
纹波抑制比 例如 ME6211C33 为 70dB@1KHz
输出噪声 50uVrms
输入稳定性 典型值为 0.05%

ME6211 系列兼容体积相对于钽电容更加小巧的陶瓷电容,并且无需再额外使用 0.1μF 的旁路电容,可以进一步节省物料成本。除此之外,ME6211 系列常用的封装形式为 SOT-23-5,其典型应用电路如下图所示:

注意:上图当中的 VIN 是电压输入引脚,VOUT 是电压输出引脚, VSS 属于接地引脚,CE 则是使能引脚(高电平),而 NC 引脚无需进行连接。

常见 LDO 线性稳压芯片的对比选型

http://www.uinio.com/Electronics/LDO/

作者

Hank

发布于

2023-04-10

更新于

2023-10-22

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