DO 可以并联使用,但通常不推荐简单地将它们的输出引脚直接连接在一起,并且需要非常谨慎地设计和实施额外的措施来实现均流。直接并联存在显著的风险。
为什么直接并联 LDO 存在问题?
输出电压的微小差异:
即使是同一型号、同一批次的两个 LDO,其输出电压也存在微小的制造公差(通常在 ±1% 到 ±3% 之间)。
输出电压稍高的那个 LDO 会试图提供几乎全部的负载电流(因为它“认为”输出电压低于设定值),而输出电压稍低的那个 LDO 则几乎不提供电流(因为它“认为”输出电压已达到设定值)。
这会导致负载电流严重不平衡,一个 LDO 过载、过热甚至损坏,而另一个 LDO 却工作在轻载状态。
负载调节特性的差异:
不同 LDO 的负载调整率(输出电压随负载电流变化的程度)可能略有不同,这也会影响它们之间电流的分配。
热耦合与热失控风险:
如果电流不平衡,一个 LDO 会变得更热。半导体器件的特性通常随温度变化(例如,MOSFET 的导通电阻可能随温度升高而增大或减小,取决于器件类型)。这种温度变化可能进一步加剧电流不平衡,形成正反馈,最终导致过热的 LDO 损坏(热失控)。
环路稳定性:
将两个具有独立反馈环路的 LDO 输出直接并联,可能会相互影响彼此的环路稳定性,导致振荡或其他不稳定现象。
如何安全地并联 LDO?(实现均流)
要在实践中安全地并联 LDO 以获得更大的输出电流能力,必须采取措施强制实现电流均流:
输出端串联均流电阻:
最常见的方法。 在每个 LDO 的输出端串联一个低阻值、高功率、低温度系数的电阻(称为镇流电阻或均流电阻)。
原理: 电阻上的压降(V = I * R)迫使电流较高的 LDO 路径上产生更大的压降,从而稍微降低其有效输出电压,使其输出电流减小;同时电流较低的路径上压降小,有效输出电压相对较高,促使其输出电流增大。这形成了一个负反馈机制,帮助平衡电流。
关键点:
电阻值选择:需要权衡。电阻值越大,均流效果越好,但会导致更大的功率损耗(效率降低)和更大的输出电压跌落(负载调整率变差)。通常选择使满载时电阻压降在 20-100mV 范围内的值。计算功率额定值时需留足够裕量。
精度:电阻本身的精度和温度系数也会影响均流效果。
缺点: 降低了效率,增加了压降,需要额外的空间和散热考虑。
使用运算放大器主动均流:
这是一种更复杂但更精确的方法。它使用运算放大器来监测每个并联支路的电流(通常通过测量串联在输出或接地路径上的小检测电阻 Rsense 上的电压),并比较这些电流。
运放根据电流差异产生一个误差信号,用于调整其中一个 LDO(通常是“从”LDO)的反馈电压(调整点或 ADJ 引脚),从而改变其输出电压,最终实现电流平衡。
优点: 均流精度高,功率损耗(主要在 Rsense 上)通常比输出串联电阻方案小。
缺点: 电路复杂得多,成本更高,设计难度大(需要仔细考虑运放选择、带宽、稳定性),占用更多 PCB 空间。
选择专门设计用于并联的 LDO:
少数 LDO 芯片内部设计了均流控制电路或者提供了专门的均流控制引脚(如电流监视输出和电流共享输入)。这些器件在并联使用时相对简单可靠。
优点: 简化设计,通常能提供良好的均流性能。
缺点: 选择范围有限,成本可能更高。
并联 LDO 的其他重要考虑因素
输入电容和输出电容: 通常每个 LDO 仍需要自己的输入和输出电容,遵循其数据手册的建议。并联后的总输出电容会增加,有助于降低输出纹波和噪声。
热管理: 即使实现了良好的均流,总功耗也会分布在多个 LDO 上。必须为每个 LDO 提供足够的散热(散热器、PCB 铜箔面积),确保它们的结温在安全范围内。注意 LDO 之间的热耦合。
布局: 并联路径的走线应尽量对称,长度和阻抗相近,以减少寄生效应导致的不平衡。
启动和瞬态响应: 并联结构可能会影响启动特性或对负载瞬变的响应,需要验证。
|
|