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Power

LDO 선형 레귤레이터 드롭아웃 계산기

선형 레귤레이터 설계를 위한 LDO 레귤레이터 전력 손실, 접합 온도 상승, 최소 입력 전압, 효율 및 헤드룸 계산

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공식

PD=(Vin−Vout)×Iload,η=Vout/Vin×100P_D = (V_in − V_out) × I_load, η = V_out / V_in × 100%
V_in— 입력 전압 (V)
V_out— 출력 전압 (V)
I_load— 부하 전류 (A)
V_DO— 드롭아웃 전압 (V)
θ_JA— 열 저항성 (°C/W)

작동 방식

선형 레귤레이터 드롭아웃 계산기는 스위칭 후 레귤레이터 필터링, 정밀 전압 레퍼런스 및 노이즈 감지 계측에 필수적인 전압 조정 회로의 최소 입력 전압, 전력 손실 및 효율성을 결정합니다.전원 공급 장치 설계자, 아날로그 엔지니어 및 임베디드 개발자는 이 도구를 사용하여 열 손실을 최소화하면서 충분한 헤드룸을 확보합니다.Horowitz & Hill의 'The Art of Electronics' (제3판) 에 따르면 선형 레귤레이터는 과잉 전압을 열로 분산시킵니다. 즉, Pdiss = (Vin - Vout) × Iload로, η = Vout/Vin의 최대 효율을 달성합니다.클래식 LM7805 시리즈 (고정 5V 출력) 의 경우 드롭아웃 전압은 ON 세미컨덕터 데이터시트당 2-2.5V이며, 레귤레이션을 보장하려면 Vin ≥ 7V가 필요합니다.최신 LDO (로우 드롭아웃) 레귤레이터는 Rds (온) 가 0.5Ω 미만인 PMOS 패스 트랜지스터를 사용하여 이를 50-300mV로 줄입니다.TI 애플리케이션 노트 SLVA079 에 따르면 드롭아웃 전압은 부하 전류에 따라 대략 선형적으로 증가합니다. 즉, 드롭아웃 ≈ Rds (on) × Iload).내부 레퍼런스 정확도 (일반적으로 ± 1-2%) 와 라인/부하 조정 (5-50mV 편차) 은 다양한 조건에서의 출력 전압 안정성을 결정합니다.

계산 예제

벅 컨버터 이후 선형 레귤레이션을 사용하여 포스트 레귤레이터 스테이지를 설계합니다.요구 사항: ADC 레퍼런스, 50mA 부하, 50µV 미만의 출력 노이즈에 대해 5V 벅 출력을 3.3V로 변환합니다.1단계: 레귤레이터 유형 선택 — LM317 (1.5V 드롭아웃), 5V 입력 과도 현상으로 마진이 부족합니다.LDO: TI TPS7A4901 (250mV 드롭아웃, 15µV RMS 노이즈) 을 사용하십시오.2단계: 헤드룸 확인 — 50mA에서: 드롭아웃은 일반적으로 90mV, 최대 250mV입니다.빈_최소 = 3.3 + 0.25 = 3.55V (5V 입력은 1.45V 마진을 제공합니다).3단계: 전력 계산 — 압력 = (5 - 3.3) × 0.05 = 85mW.SOT-23-5 패키지 (θJA = 180°C/W): ΔTJ = 15°C — 히트싱크가 필요하지 않습니다.4단계: 노이즈 확인 — TPS7A4901: 적절한 디커플링을 사용하여 15µV RMS (10Hz - 100kHz) 를 확인하십시오.입력/출력 시 10µF + 0.1µF 세라믹을 사용하십시오.5단계: PSRR — 1kHz에서 70dB가 출력 시 벅 컨버터 30mV 리플을 9µV로 감쇠하는지 확인합니다.

실용적인 팁

  • ✓Analog Devices AN-1072 기준으로 두 개의 LDO를 캐스케이드하여 초저잡음 성능을 제공합니다. 첫 번째 스테이지는 20dB PSRR을 제공하고, 두 번째 스테이지는 60dB를 추가하여 총 80dB 이상의 스위칭 노이즈 제거를 달성합니다.
  • ✓± 1% 이상의 출력 전압 정확도를 위해 0.1% 정밀 저항이 있는 조정 가능한 LDO (TPS7A49, LT3045) 를 사용하십시오. 고정 전압 LDO는 일반적으로 ± 2-3% 의 허용 오차를 지정합니다.
  • ✓돌입 전류를 제한하기 위해 조정 핀에 소프트 스타트 커패시터를 추가합니다. 100nF는 1~10ms의 시동 램프를 제공하여 제한된 소스 임피던스로 입력 전압 강하를 방지합니다.

흔한 실수

  • ✗표준 레귤레이터와 LDO를 혼동하기 — LM7805 에는 최소 2V 헤드룸 (Vin ≥ 7V) 이 필요하지만 최신 LDO (ADP3338) 는 1A에서 190mV 드롭아웃만 사용하여 작동합니다.
  • ✗내부 저항 효과 무시 — 드롭아웃 = Rds (켜짐) × 적로드, 0.3Ω LDO는 500mA에서는 150mV 드롭아웃을 나타내지만 1.5A에서는 450mV로 잠재적으로 사양을 초과할 수 있음
  • ✗입력 디커플링 불충분 사용 — TI SLVA115 기준 LDO에는 진동을 방지하기 위해 핀 10mm 이내의 1-10µF 입력 커패시터가 필요합니다. 세라믹의 경우 ESR <1Ω, 탄탈룸의 경우 0.5-5Ω

자주 묻는 질문

드롭아웃 전압은 지정된 출력 허용 오차 내에서 레귤레이션을 유지하기 위한 최소 Vin - Vout 차동입니다.ON 세미컨덕터 애플리케이션 노트에 따르면, 이 전압은 포화 상태의 패스 트랜지스터 양단의 전압을 나타냅니다 (PMOS: Rds (on) × Iload, NPN: Vce (sat))).드롭아웃 이하에서는 입력에 비례하여 출력 전압이 떨어지고 PSRR은 0dB로 저하됩니다.
드롭아웃이 낮아 (1) 배터리 사용 시간 연장 — 드롭아웃이 200mV를 낮춰 리튬 이온 셀에서 배터리 용량을 5-10% 더 끌어올림, (2) 전력 손실 감소 (1A, 200mV 감소로 드롭아웃 감소로 200mW의 열 절약), (3) 캐스케이드 조정 — 과도한 전압 예산 없이 포스트 레귤레이터 단계 지원TI에 따르면 최신 울트라 LDO는 1A에서 50mV 드롭아웃을 달성합니다.
빈_민 = 볼트 + 드롭아웃 + V 마진 (일반적으로 100-200 mV).작동 전류 및 온도에서 최대 드롭아웃 사양을 사용하십시오.예: 3.3V 출력, 200mV 최대 드롭아웃, 150mV 마진 → Vin_min = 3.65V 배터리 애플리케이션의 경우 방전 종료 시 배터리 전압을 계산하여 Vin_min을 달성할 수 있는지 확인하십시오.
압력 = (Vin - Vout) × 적재하중 + 볼트 × Iq, 여기서 Iq는 대기 전류 (일반적으로 1µA - 5mA) 입니다.높은 부하 전류에서는 부하 기간이 우세합니다.예: 500mA에서 12V ~ 5V: Pdiss = 7V × 0.5A = 3.5W — 상당한 히트싱크가 필요합니다 (주변 85°C에서 안전하게 작동하려면 θJA < 15°C/W).
TI별 전력 토폴로지 선택 가이드: (1) 효율이 80% 이상 허용 (Vout/Vin > 0.8), (2) 저잡음이 임계 (100µV 미만), (3) 단순성/비용 우선, (4) PCB 공간이 제한된 경우 (0.5cm² 미만) 선형 레귤레이터를 사용하십시오.TI별 전력 토폴로지 선택 가이드: (1) 효율이 80% 이상 허용 (Vout/Vin > 0.8), (2) 저잡음 위험 (<100µV), (3) 단순성/비용 우선, (4) PCB 공간 제한 > Vout (>2×), 전력 >2W인 경우 선형 레귤레이터를 사용하십시오. 하이브리드 접근 방식: 스위칭 레귤레이터+LDO 포스트 레귤레이터는 효율성과 저잡음을 모두 달성합니다.

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