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Power

Calculateur de décrochage du régulateur linéaire LDO

Calculez la dissipation de puissance du régulateur LDO, l'augmentation de la température de jonction, la tension d'entrée minimale, l'efficacité et la marge de manœuvre pour la conception de régulateurs linéaires

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Formule

PD=(Vin−Vout)×Iload,η=Vout/Vin×100P_D = (V_in − V_out) × I_load, η = V_out / V_in × 100%
V_in— Tension d'entrée (V)
V_out— tension de sortie (V)
I_load— Courant de charge (A)
V_DO— Tension de chute (V)
θ_JA— Résistance thermique (°C/W)

Comment ça marche

Le calculateur de perte de tension du régulateur linéaire détermine la tension d'entrée minimale, la dissipation de puissance et l'efficacité des circuits de régulation de tension, ce qui est essentiel pour le filtrage des régulateurs après commutation, les références de tension précises et les instruments sensibles au bruit. Les concepteurs d'alimentations, les ingénieurs analogiques et les développeurs intégrés utilisent cet outil pour garantir une marge de manœuvre adéquate tout en minimisant les pertes thermiques. Selon The Art of Electronics (3e éd.) de Horowitz & Hill, les régulateurs linéaires dissipent la surtension sous forme de chaleur : Pdiss = (Vin - Vout) × Iload, atteignant une efficacité maximale de η = Vout/Vin. Pour la série LM7805 classique (sortie fixe de 5 V), la tension de chute est de 2 à 2,5 V selon la fiche technique d'ON Semiconductor, nécessitant Vin ≥ 7 V pour une régulation garantie. Les régulateurs LDO (Low Dropout) modernes réduisent ce phénomène à 50-300 mV en utilisant des transistors PMOS avec Rds (on) < 0,5 Ω. Selon la note d'application SLVA079 de TI, la tension de chute augmente de façon approximativement linéaire avec le courant de charge : Vdropout ≈ Rds (on) × Iload. La précision de référence interne (généralement ± 1 à 2 %) et la régulation de la ligne/de la charge (variation de 5 à 50 mV) déterminent la stabilité de la tension de sortie dans différentes conditions.

Exemple Résolu

Concevez un étage post-régulateur en utilisant une régulation linéaire après un convertisseur Buck. Exigences : convertir une sortie Buck de 5 V en 3,3 V pour la référence ADC, charge de 50 mA, bruit de sortie <50 µV. Étape 1 : Sélectionnez le type de régulateur — LM317 (chute de 1,5 V) marge insuffisante avec des transitoires d'entrée de 5 V. Utilisez LDO : TI TPS7A4901 (perte de 250 mV, bruit RMS 15 µV). Étape 2 : Vérifier la marge de manœuvre — À 50 mA : Vdropout = 90 mV en général, 250 mV max. Vin_min = 3,3 + 0,25 = 3,55 V (une entrée de 5 V fournit une marge de 1,45 V). Étape 3 : Calculez la puissance — Pdiss = (5 - 3,3) × 0,05 = 85 mW. Boîtier SOT-23-5 (θJA = 180 °C/W) : ΔTj = 15 °C — aucun dissipateur thermique n'est requis. Étape 4 : Vérifier le bruit — TPS7A4901 : 15 µV RMS (10 Hz - 100 kHz) avec un découplage approprié. Utilisez de la céramique 10 µF + 0,1 µF en entrée/sortie. Étape 5 : Vérifiez que le PSRR — 70 dB à 1 kHz atténue l'ondulation de 30 mV du convertisseur Buck à 9 µV en sortie.

Conseils Pratiques

  • ✓Selon Analog Devices AN-1072, cascadez deux LDO pour des performances à très faible bruit : le premier étage fournit 20 dB de PSRR, le deuxième étage en ajoute 60 dB, atteignant une réjection totale de plus de 80 dB du bruit de commutation
  • ✓Utilisez des LDO réglables (TPS7A49, LT3045) avec des résistances de précision de 0,1 % pour une précision de la tension de sortie supérieure à ± 1 % — les LDO à tension fixe spécifient généralement une tolérance de ± 2 à 3 %
  • ✓Ajoutez un condensateur de démarrage progressif sur la broche de réglage pour limiter le courant d'appel : 100 nF fournit une rampe de démarrage de 1 à 10 ms, protégeant ainsi contre les chutes de tension d'entrée avec une impédance de source limitée

Erreurs Fréquentes

  • ✗Confusion entre les régulateurs standard et les LDO : le LM7805 nécessite une marge de manœuvre minimale de 2 V (Vin ≥ 7 V), tandis que les LDO modernes (ADP3338) fonctionnent avec une perte de 190 mV seulement à 1 A
  • ✗Ignorer l'effet de résistance interne : chute = Rds (on) × Iload ; un LDO de 0,3 Ω présente une chute de 150 mV à 500 mA mais de 450 mV à 1,5 A, ce qui peut dépasser les spécifications
  • ✗En cas de découplage d'entrée insuffisant : selon le TI SLVA115, les LDO nécessitent un condensateur d'entrée de 1 à 10 µF à moins de 10 mm des broches pour éviter les oscillations ; ESR <1 Ω pour la céramique ou 0,5 à 5 Ω pour le tantale

Foire Aux Questions

La tension de chute est le différentiel Vin-Vout minimum permettant de maintenir la régulation dans les limites de la tolérance de sortie spécifiée. Selon la note d'application d'ON Semiconductor, il représente la tension aux bornes du transistor de passage à saturation (PMOS : Rds (on) × Iload, NPN : Vce (sat)). En dessous de la chute, la tension de sortie chute proportionnellement à l'entrée et le PSRR se dégrade à 0 dB.
Une faible perte de charge permet : (1) une autonomie plus longue de la batterie — une baisse de 200 mV permet d'extraire 5 à 10 % de capacité supplémentaire de la batterie des cellules Li-ion, (2) une dissipation de puissance réduite — à 1 A, 200 mV en moins de perte de chaleur permettent d'économiser 200 mW de chaleur, (3) une régulation en cascade — permet des étapes de post-régulation sans budget de tension excessif. Selon TI, les Ultra-LDO modernes atteignent une perte de 50 mV à 1 A.
Vin_min = Vout + Vdropout + Vmargin (généralement 100-200 mV). Utiliser la spécification de chute maximale au courant et à la température de fonctionnement. Exemple : sortie 3,3 V, perte de charge maximale de 200 mV, marge de 150 mV → Vin_min = 3,65 V. Pour les applications utilisant des batteries, calculez la tension de la batterie en fin de décharge et vérifiez que Vin_min est réalisable.
Pdiss = (Vin - Vout) × Iload + Vout × Iq, où Iq est le courant de repos (généralement 1 µA - 5 mA). À courant de charge élevé, le terme Iload domine. Exemple : 12 V à 5 V à 500 mA : Pdiss = 7 V × 0,5 A = 3,5 W — nécessite une dissipation thermique importante (θJA < 15 °C/W pour un fonctionnement en toute sécurité à 85 °C ambiante).
Guide de sélection de la topologie d'alimentation selon TI : utilisez un régulateur linéaire lorsque (1) efficacité > 80 % acceptable (Vout/Vin > 0,8), (2) faible niveau de bruit critique (<100 µV), (3) priorité à la simplicité/coût, (4) espace PCB limité (<0,5 cm²). Utilisez un régulateur de commutation lorsque (1) l'efficacité est critique (autonomie de la batterie), (2) Vin >> Vout (>2×), (3) la puissance >2 W. Approche hybride : régulateur de commutation + post-régulateur LDO pour une efficacité et un faible niveau de bruit.

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