Part 01 前言
低壓差線性穩(wěn)壓器LDO是目前常見的電源管理IC，其性能直接影響電路的穩(wěn)定性。其中，負(fù)載調(diào)整率Load Regulation是衡量LDO在負(fù)載電流變化時(shí)輸出電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)。接下來我們深入分析負(fù)載調(diào)整率的定義、影響因素、計(jì)算方法。
Part 02 負(fù)載調(diào)整率是什么？為什么重要？
負(fù)載調(diào)整率Load Regulation是指LDO在負(fù)載電流變化時(shí)，輸出電壓的變化程度。它通常定義為：
負(fù)載調(diào)整率的單位通常為mV/mA或百分比%。例如，若負(fù)載電流從0mA 變化到100 mA（△Iout = 100 mA),輸出電壓從5V變?yōu)?.99 V（△Vout =-10 mV)，則負(fù)載調(diào)整率為-0.1 mV/mA。
負(fù)載調(diào)整率為什么重要？
在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載電流往往會(huì)動(dòng)態(tài)變化。例如，微控制器（MCU）在休眠模式和活躍模式之間切換時(shí)，電流需求可能從幾微安跳變到數(shù)百毫安。如果LDO的負(fù)載調(diào)整率差，輸出電壓會(huì)隨之大幅波動(dòng)，可能導(dǎo)致下游器件工作異常甚至損壞。負(fù)載調(diào)整率是一個(gè)穩(wěn)態(tài)參數(shù)，反映了LDO在負(fù)載電流變化后穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出偏差，與瞬態(tài)響應(yīng)不同（瞬態(tài)響應(yīng)關(guān)注動(dòng)態(tài)變化）。
Part 03 負(fù)載調(diào)整率的核心影響因素
1.控制環(huán)路的開環(huán)增益
LDO的控制環(huán)路是維持輸出穩(wěn)定的核心。增加開環(huán)增益可以顯著改善負(fù)載調(diào)整率。開環(huán)增益越高，誤差放大器對(duì)輸出電壓偏差的響應(yīng)越靈敏，能更快調(diào)整通過元件的電流，從而減小Vout。所以我們可以選擇高開環(huán)增益的LDO。
2.負(fù)載電流變化的幅度
負(fù)載電流變化△Iout 越大，對(duì)LDO控制環(huán)路的挑戰(zhàn)越大。負(fù)載電流從0到最大額定值的變化會(huì)導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)最大偏差△V，這是負(fù)載調(diào)整率的最差情況。
3.通過元件的特性
LDO的通過元件（也就是MOSFET或雙極型晶體管）對(duì)負(fù)載調(diào)整率有直接影響。對(duì)于雙極型晶體管，靜態(tài)電流隨負(fù)載電流成比例增加，可能導(dǎo)致更大的輸出偏差；而MOSFET由于是電壓驅(qū)動(dòng)器件，靜態(tài)電流相對(duì)恒定，負(fù)載調(diào)整率通常更優(yōu)。MOSFET型LDO的靜態(tài)電流隨負(fù)載變化較小，適合需要高負(fù)載調(diào)整率的應(yīng)用場(chǎng)景。
4.輸出電容和ESR
輸出電容Cout和其等效串聯(lián)電阻ESR主要影響瞬態(tài)響應(yīng)，但也會(huì)間接影響穩(wěn)態(tài)下的負(fù)載調(diào)整率。較大的輸出電容和較低的ESR有助于減小瞬態(tài)電壓變化，從而更快恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，間接改善負(fù)載調(diào)整率。
Part 04 實(shí)例分析
假設(shè)某LDO負(fù)載調(diào)整率為0.04mV/mA，輸出電壓Vout=5V(無負(fù)載時(shí))。負(fù)載電流Iout從10mA變化到50 mA (△Iout = 50－10 = 40 mA)。輸入電壓Vin = 6V(保持恒定)。
△Vout = Load Regulation × △Iout=0.04mV/mA × 40mA = 1.6 mV
結(jié)果分析
負(fù)載電流從10 mA增加到50 mA時(shí)，輸出電壓會(huì)因負(fù)載調(diào)整率導(dǎo)致偏差 △Vout=1.6mV。因此，新穩(wěn)態(tài)下的輸出電壓為:
Vout,new= Vout - △Vout = 5V - 1.6 mV = 4.9984V
負(fù)載調(diào)整率通常為正值，但△Vout的正負(fù)取決于負(fù)載電流增加或減少的方向。在這個(gè)例子中，負(fù)載電流增加，輸出電壓通常會(huì)略微下降（假設(shè)為負(fù)偏差)，數(shù)據(jù)手冊(cè)中一般已標(biāo)準(zhǔn)化為絕對(duì)值，這點(diǎn)需要注意。