LDO電圧レギュレータチップの選択アプリケーションリファレンス

電子機器の設計では、回路を動作させるために常に異なる直流電圧が必要になります。最も一般的に使用されるのは、LDO電圧レギュレーター・チップを使用して、異なる直流電圧の出力を実現する方法です。そのため、LDOをどのように選択するかが特に重要です。多くのエンジニアは、LDOを選択する際に、出力電圧と電流の2つの指標に基づいて選択するだけで、他のいくつかの重要な技術指標を無視し、その結果、選択されたLDOは最良の選択ではありません。ここでは、LDOの動作原理といくつかの重要な技術指標について説明します。

原則 Iはじめに

LDOは低ドロップアウトレギュレータとして知られ、リニア電源に属します。比較的少ない外付け部品で済みます。ほとんどのLDOは入力側と出力側にフィルターコンデンサを接続するだけです。下図のように

その内部構造は下図のようになっている。

回路図から、LDOは主にPMOS、誤差増幅器、帰還抵抗、ベース基準電圧で構成されていることがわかります。LDOの主な作業プロセスは、分圧抵抗器を通して出力電圧を分圧し、ベース基準電圧と比較し、オペアンプ出力を通してPMOS管の伝導電圧降下を調整し、動的な出力電圧安定化を行うことです。

選択パラメーター

• 入力電圧

入力電圧とは、入力端子に入力できる動作電圧範囲のこと。入力電圧が5Vの場合、LDOを選ぶ際には耐圧が10V程度のものを選ぶ必要がある。一般的に、入力電圧範囲は通常の入力電圧の2倍以上を推奨する。

• 出力

出力電圧はLDOの最も重要なパラメータであり、電子機器設計者が電圧レギュレータを選択する際に最初に考慮すべきパラメータでもある。LDOには、出力電圧固定タイプと出力電圧可変タイプがあります。出力電圧固定型は使い勝手がよく、メーカーが出力電圧を精密に調整するため精度が高い。しかし、それによって設定される出力電圧値は一般的な電圧値であり、すべてのアプリケーション要件を満たすことはできない。出力調整型LDOの出力精度は、外付け部品の精度や温度変化の影響を受ける。

• 最大電流

出力端子の最大出力電流値である。ここでは通常動作時の平均電流とピーク電流を考慮する必要がある。主にLDOが短時間で必要なピーク電流を供給できるかどうかに依存する。

• Pd

入力電圧Vin=12V、出力電圧Vout=3.6V、出力電流Iout=180mAとすると、LDOの消費電力PD=1.512Wとなります。この消費電力はすべて熱損失によるものなので、入出力電圧差が大きく、出力電流が大きい場合にはLDOの使用は推奨できません。

本当に使用する必要があるのであれば、LDOチップがどの程度の消費電力に耐えられるかを考慮しなければならない。詳しくは、チップのマニュアルに記載されているデータを参照してください。

SSP7903を例にとって説明しよう。下図は、各パッケージの最大消費電力を示している。この最大許容損失は、チップが耐えられる最大熱消費電力である。これを超えると焼損します。同時に、最大許容値での長時間の使用はお控えください。

上記の一般的なパッケージは電力を消費するので、一番下のTO252パッケージを選択する。設計時にはマージンが必要です。放熱パッドを増やすか、ヒートシンクを追加して温度を到達させ、LDOチップを焼き切らないように電力を増やすことができます。

• ドロップアウト電圧

Vdrop=Vin-Vout，入力電圧と出力電圧の差と定義．下図は出力電流と電圧差の関係曲線です。出力電流が小さいほど、電圧差は小さくなることがわかる。入力電圧が低いほど消費電力は小さくなり、効率が向上する。実際のアプリケーションで、入力電圧と出力電圧の電圧差は非常に小さいが、一定の電流（100mA）を出力する必要がある場合、正常な出力を確保するために適切なLDOを選択する必要があります。

例えば、78L05の電圧差は約2Vだが、H7550-Hの電圧差は約600mVしかない。もちろん、H7550-Hを選択することによってのみ、正常な出力を保証することができる。同時に、チップの消費電力ははるかに小さくなり、性能も向上する。

• IQ

Iq=Iin-Iout，外部負荷電流が0の時にLDO内部回路に必要な電流と定義される。ほとんどのMOS構造LDOのIqは非常に小さく、低負荷条件下でのLDOの自己消費量を測定する重要な指標となる。Iqは小さければ小さいほど良い。

• 負荷過渡応答

負荷電流の急激な変化による出力電圧の最大変化量を表す。出力キャパシタンス、等価直列抵抗、バイパス・キャパシタンスの関数である。出力コンデンサの機能は、負荷過渡応答能力を向上させることであり、高周波バイパスとしても機能する。

• パワーアップ

電源投入の瞬間に一定の負荷がかかると、出力端子の電圧が精度範囲を超えてしまう現象を指す。多くの人が無視しているポイントでもある。オーバーシュート値が大きいと、後続の回路部品に影響を与えたり、破損して基板故障の原因になることもある。

某サイトで購入したLDOチップです。入力電圧は7V、負荷は10mA、出力電圧は5Vです。電源投入波形と電圧スイッチング波形は以下の通り：

パワーオン瞬時波形 電圧スイッチング波形（7V～10Vスイッチング）

チップに電源が投入された瞬間の最大値は6.816Vに達し、263ms持続し、36%を超える。電圧が切り替わると、最大値は6.225Vに達し、1ms持続し、24%を超えます。これらの5Vマイコンにとっては大きなダメージであり、高い確率で後続のチップにダメージを与えることになる。

以前から使用しているSSP7903は、入力電圧5.6V、負荷10mA、出力3.6Vです。電源投入時や電圧切り替え時のオーバーシュートはありません。

パワーオン瞬時波形 電圧スイッチング波形（5.6V～15Vスイッチング）

• P電源除去比（PSRR）

電源リップル除去比は、入力電圧ノイズ変動（リップル）と出力電圧ノイズ変動（リップル）の比であり、一般にデシベル（dB）単位で表される。

計算式は次のとおりである。 LDOのVinノイズ抑制能力。

PSRRの値が大きいほど、リップル抑制能力が高い。

• ノイズ

PSRRとは異なり、ノイズはLDO自体から発生するノイズ信号を指す。低ノイズのLDO電圧レギュレーター・チップは、LDOから発生する追加ノイズを効果的に低減できる。出力電圧はより純粋になります。ノイズの計算値は一般的に実効値（rms）です。ピーク・ツー・ピークを使用して分析することもできます。

• 出力効率

Iqは非常に小さいので、実際の計算では無視できる。

式からわかるように、VinとVoutの電圧差が大きいほど、LDOの効率は低下し、消費電力も発熱量も大きくなる。

• 負荷調整

負荷変動は通常、無負荷から全負荷までである。負荷変動率は小さいほど良い。

• ライン規制

入力の変化が出力に与える影響、つまりある負荷の下での入力電圧の変化に対する出力電圧の変化の割合を指す。線形調整率は小さいほど良い。

LDO電圧レギュレータチップの代表的なアプリケーション回路リファレンス

• 出力電圧を上げる回路

• 定電流制御回路

• デュアル・パワー出力回路

頻繁に使用されるLDOは以下の通りである。 :

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