Skip to content
RFrftools.io
Power

LDO リニアレギュレータドロップアウト計算ツール

リニアレギュレータ設計のLDOレギュレータの電力損失、接合部温度上昇、最小入力電圧、効率、およびヘッドルームを計算

Loading calculator...

公式

PD=(Vin−Vout)×Iload,η=Vout/Vin×100P_D = (V_in − V_out) × I_load, η = V_out / V_in × 100%
V_in— 入力電圧 (V)
V_out— 出力電圧 (V)
I_load— 負荷電流 (A)
V_DO— ドロップアウト電圧 (V)
θ_JA— サーマルレジスタンス (°C/W)

仕組み

リニアレギュレータドロップアウトカリキュレータは、電圧レギュレーション回路の最小入力電圧、消費電力、および効率を測定します。これは、スイッチング後のレギュレータフィルタ処理、高精度電圧リファレンス、およびノイズに敏感な計測器に不可欠です。電源設計者、アナログエンジニア、組み込み開発者は、このツールを使用して、熱損失を最小限に抑えながら十分なヘッドルームを確保しています。ホロウィッツ＆ヒルの「エレクトロニクスの芸術」（第3版）によると、リニアレギュレータは過剰な電圧を熱として放散し、Pdiss = (Vin-Vout) × Iload とすることで、 η = Vout/Vinという最大効率を達成しています。従来のLM7805シリーズ（固定5V出力）の場合、ドロップアウト電圧はオン・セミコンダクターのデータシートによると2〜2.5Vで、レギュレーションを保証するにはVinが7V以上必要です。最新のLDO (低ドロップアウト) レギュレータは、Rds (on) <0.5 Ω. のPMOSパストランジスタを使用してこれを50～300mVに低減します。TIアプリケーションノートSLVA079によると、ドロップアウト電圧は負荷電流に比例してほぼ直線的に増加します。Vドロップアウト≈Rds (オン) × Iload。内部リファレンス精度 (通常± 1-2%) とライン/負荷レギュレーション (5～50 mV 変動) によって、さまざまな条件下での出力電圧の安定性が決まります。

計算例

バックコンバータの後にリニアレギュレーションを使用してポストレギュレータ段を設計します。要件:5 V バック出力を ADC リファレンス、50 mA 負荷、50 µV 未満の出力ノイズ用に 3.3 V に変換します。ステップ1: レギュレータータイプの選択 — LM317 (1.5 V ドロップアウト) では、5 V の入力トランジェントではマージンが不十分です。LDO: TI TPS7A4901 (250 mV ドロップアウト、15 µV RMS ノイズ) を使用してください。ステップ 2: ヘッドルームの検証 — 50 mA の場合:Vドロップアウト = 標準 90 mV、最大 250 mV。 Vin_min = 3.3 + 0.25 = 3.55 V (5 V 入力では 1.45 V のマージンが得られます)。ステップ 3: 電力の計算 — Pdiss = (5-3.3) × 0.05 = 85 mW。SOT-23-5パッケージ (θJA = 180°C/W): ΔTj = 15°C — ヒートシンクは必要ありません。ステップ 4: ノイズの検証 — TPS7A4901: 適切なデカップリングを行った場合の 15 µV 実効値 (10 Hz～100 kHz)。入出力には 10 µF + 0.1 µF のセラミックを使用してください。ステップ5: PSRR（1kHzで70dB）を確認すると、バックコンバータ30mVのリップルが出力で9μVに減衰します。

実践的なヒント

  • ✓アナログ・デバイセズのAN-1072によると、2つのLDOをカスケード接続して超低ノイズ性能を実現しています。第1段では20dBのPSRRが得られ、第2段では60dB増加し、スイッチング・ノイズの総除去量は80dBを超えます
  • ✓± 1% を超える出力電圧精度を得るには、0.1% 精度の抵抗を備えた調整可能なLDO（TPS7A49、LT3045）を使用してください。固定電圧LDOでは通常、±2～ 3% の許容誤差が規定されます。
  • ✓調整ピンにソフトスタートコンデンサを追加して突入電流を制限します。100nFでは1～10ミリ秒の起動ランプが可能で、ソースインピーダンスが制限されても入力電圧ドループから保護されます

よくある間違い

  • ✗標準レギュレータとLDOの混同を招く — LM7805は最小2Vのヘッドルーム（入力が7V以上）を必要とするのに対し、最新のLDO（ADP3338）は1Aでわずか190mVのドロップアウトで動作します
  • ✗内部抵抗の影響を無視すると、ドロップアウト = Rds (on) × Iload、0.3 Ω LDOでは、500mAで150mVのドロップアウトが発生するが、1.5Aでは450mVのドロップアウトが発生し、仕様を超える可能性がある
  • ✗入力デカップリングが不十分な場合 — TI SLVA115によると、LDOは発振を防ぐためにピンから10 mm以内に1〜10µFの入力コンデンサが必要です。セラミックの場合はESR <1 Ω 、タンタルの場合は0.5-5 Ω

よくある質問

ドロップアウト電圧は、レギュレーションを規定の出力許容範囲内に維持するための最小のVin-Vout差です。オン・セミコンダクターのアプリケーションノートによると、これは飽和時のパストランジスタの両端の電圧 (PMOS: Rds (on) × Iload、NPN: Vce (sat)) を表します。ドロップアウトを下回ると、出力電圧は入力に比例して低下し、PSRRは0dBまで低下します。
低ドロップアウトにより、(1) バッテリ駆動時間が長くなり、ドロップアウトが200mV低くなることでリチウムイオン電池からさらに5～ 10% のバッテリ容量が引き出される、(2) 電力損失が減少 (1Aでドロップアウトが200mV減少し、200mWの熱を節約できる)、(3) カスケードレギュレーションにより、過剰な電圧バジェットなしでポストレギュレータステージが可能になります。それによると、最新の超LDOは1Aで50mVのドロップアウトを実現しています。
Vin_min = Vout + Vdropout + Vmargin (通常は 100-200 mV)。動作電流と動作温度では最大ドロップアウト仕様を使用してください。例:3.3 V 出力、200 mV 最大ドロップアウト、150 mV マージン → Vin_min = 3.65 V バッテリアプリケーションの場合、放電終了時のバッテリ電圧を計算し、 Vin_min が達成可能であることを確認します。
価格 = (Vin-Vout) × Iload + Vout × Iq。ここで Iq は静止電流 (通常は 1 µA ～ 5 mA) です。負荷電流が高くなると、Iload 項が支配的になります。例:500 mA で 12 V ～ 5 ボルト:Pdiss = 7 V × 0.5 A = 3.5 W — 大量のヒートシンクが必要です (周囲85°C で安全に動作させるには (θJA < 15°C/W)。
TIの電源トポロジー選択ガイドによると：(1) 許容効率 80% 以上 (Vout/Vin > 0.8)、(2) 低ノイズが重要 (<100µV)、(3) シンプルさ/コスト優先、(4) PCBスペースが限られている (0.5 cm²). 0 <)、(1) 効率が重要 (バッテリ寿命)、(2) Vin >> Vout (>2×)、(3) 電力>の場合は、リニアレギュレータを使用してください 2W. ハイブリッド方式:スイッチングレギュレータ+LDOポストレギュレータにより、効率と低ノイズの両方を実現します。

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

DC-DC Buck Converter Modules

Adjustable step-down converter modules for bench and prototype use

Amazon →

LDO Voltage Regulator Kit

Assorted low-dropout linear regulators for prototyping

Amazon →

Electrolytic Capacitor Kit

Aluminum electrolytic capacitor kit for power supply filtering

Amazon →

Power Inductor Kit

Assorted shielded power inductors for switching supply designs

Amazon →

関連計算ツール

Power

MOSFETパワーロス

パワーエレクトロニクス設計のMOSFET伝導損失、スイッチング損失、総消費電力、ジャンクション温度、および効率を計算

Thermal

熱抵抗ネットワーク

部品の熱管理用に、直列熱抵抗ネットワーク (θ JC + θ CS + θ SA) を使用して接合部、ケース、およびヒートシンクの温度を計算

Power

スイッチングレギュレータリップル

スイッチングレギュレータ設計におけるバックコンバータの出力電圧リップル、インダクタ電流リップル、およびESRの寄与を計算

Power

分圧器

Vin、R1、R2から分圧器の出力電圧、電流、テブナンインピーダンス、および電力損失を計算します。バイアスネットワークやレベルシフトに最適です。