Dropout-Rechner für LDO-Linearregler
Berechnen Sie die Verlustleistung des LDO-Reglers, den Anstieg der Sperrschichttemperatur, die minimale Eingangsspannung, den Wirkungsgrad und den Spielraum für das lineare Reglerdesign
Formel
Wie es funktioniert
Der lineare Reglerausfallrechner bestimmt die Mindesteingangsspannung, die Verlustleistung und den Wirkungsgrad von Spannungsregelkreisen — unverzichtbar für die Filterung von Reglern nach dem Schalten, für präzise Spannungsreferenzen und für rauschempfindliche Instrumente. Entwickler von Stromversorgungen, Ingenieure für Analogtechnik und Embedded-Entwickler verwenden dieses Tool, um eine ausreichende Kopffreiheit zu gewährleisten und gleichzeitig Wärmeverluste zu minimieren. Laut „The Art of Electronics“ (3. Aufl.) von Horowitz & Hill leiten Linearregler überschüssige Spannung als Wärme ab: Pdiss = (Vin - Vout) × Iload, wodurch ein maximaler Wirkungsgrad von ⋅ = Vout/Vin erreicht wird. Bei der klassischen LM7805-Serie (fester 5-V-Ausgang) liegt die Ausfallspannung laut Datenblatt von ON Semiconductor bei 2-2,5 V, sodass Vin ≥ 7 V für eine garantierte Regelung erforderlich ist. Moderne LDO-Regler (Low Dropout) reduzieren diesen Wert mithilfe von PMOS-Pass-Transistoren mit Rds (on) < 0,5 Ω auf 50-300 mV. Gemäß dem TI-Anwendungshinweis SLVA079 steigt die Dropout-Spannung ungefähr linear mit dem Laststrom an: Vdropout ≈ Rds (on) × Iload. Die interne Referenzgenauigkeit (typischerweise ± 1—2%) und die Netz-/Lastregulierung (5-50 mV Schwankung) bestimmen die Stabilität der Ausgangsspannung unter unterschiedlichen Bedingungen.
Bearbeitetes Beispiel
Entwerfen Sie eine Nachreglerstufe mit linearer Regelung nach einem Abwärtswandler. Anforderungen: Umwandlung des 5-V-Abwärtsausgangs in 3,3 V als ADC-Referenz, 50-mA-Last, <50 µV Ausgangsrauschen. Schritt 1: Wählen Sie den Reglertyp LM317 (1,5 V Dropout); unzureichender Spielraum bei 5-V-Eingangstransienten. Verwenden Sie den LDO: TI TPS7A4901 (250 mV Dropout, 15 µV RMS-Rauschen). Schritt 2: Überprüfen Sie den Headroom — Bei 50 mA: Vdropout = 90 mV typisch, 250 mV max. VIN_min = 3,3 + 0,25 = 3,55 V (der 5-V-Eingang bietet einen Spielraum von 1,45 V). Schritt 3: Leistung berechnen — Pdiss = (5 - 3,3) × 0,05 = 85 mW. SOT-23-5-Paket (345JA = 180°C/W): ΔTJ = 15°C — kein Kühlkörper erforderlich. Schritt 4: Überprüfen Sie das Rauschen — TPS7A4901:15 µV RMS (10 Hz — 100 kHz) bei korrekter Entkopplung. Verwenden Sie Keramik mit 10 µF + 0,1 µF am Eingang/Ausgang. Schritt 5: PSRR verifizieren — 70 dB bei 1 kHz dämpfen die Restwelligkeit des Abwärtswandlers von 30 mV auf 9 µV am Ausgang.
Praktische Tipps
- ✓Gemäß AN-1072 von Analog Devices zwei LDOs kaskadieren, um eine extrem geräuscharme Leistung zu erzielen: Die erste Stufe bietet 20 dB PSRR, die zweite Stufe erhöht 60 dB und erreicht so eine Gesamtunterdrückung von >80 dB bei Schaltgeräuschen
- ✓Verwenden Sie einstellbare LDOs (TPS7A49, LT3045) mit 0,1% Präzisionswiderständen für eine Ausgangsspannungsgenauigkeit von besser als ± 1% — Festspannungs-LDOs spezifizieren in der Regel eine Toleranz von ± 2-3%
- ✓Fügen Sie am Einstellpin einen Softstartkondensator hinzu, um den Einschaltstrom zu begrenzen — 100 nF sorgen für eine Startrampe von 1—10 ms und schützen vor einem Spannungsabfall bei begrenzter Quellenimpedanz
Häufige Fehler
- ✗Standardregler mit LDOs verwirrend — LM7805 benötigt mindestens 2 V Headroom (Vin ≥ 7 V), während moderne LDOs (ADP3338) mit nur 190 mV Dropout bei 1 A arbeiten
- ✗Der Innenwiderstandseffekt wird ignoriert — Dropout = Rds (on) × Iload; ein LDO von 0,3 Ω weist bei 500 mA einen Abfall von 150 mV auf, bei 1,5 A sind es 450 mV, was möglicherweise die Spezifikation überschreitet
- ✗Bei unzureichender Eingangsentkopplung — gemäß TI SLVA115 benötigen LDOs einen Eingangskondensator von 1—10 µF in einem Abstand von 10 mm, um Oszillationen zu verhindern; ESR <1 Ω für Keramik oder 0,5-5 Ω für Tantal
Häufig gestellte Fragen
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