LDO线性稳压器与MAX38908并联适用于大电流应用

对于高负载电流应用，由于LDO的额定电流或封装限制，有时很难找到单个LDO线性稳压器来满足负载要求。为了实现这种更高的负载电流要求，并联LDO将是共享负载电流和散热的一种选择。本应用笔记讨论了LDO并联的不同方法，并比较了负载分配性能。

介绍

随着对高性能和高功率便携式电子设备的需求不断增长，对具有较低噪声水平的大电流LDO的需求也在增加。由于电流限制和结温的限制，单个LDO处理较高的负载变得越来越困难。当输入输出电压差较大且电流要求较高时，LDO中的散热也会增加。在这些情况下，并联LDO是处理所需负载需求和热量分布的最佳选择。本应用笔记讨论了LDO与MAX38908高性能LDO并联的不同方法，并比较了负载均分性能。

关于MAX38907/8/9 4A/2A高性能LDO线性稳压器：

MAX38907/MAX38908/MAX38909为快速瞬态响应、高PSRR NMOS LDO 输入电源范围为 0.9V 至 5.5V，BIAS 电压范围为 2.7V 至 20V。该系列LDO可在82mV压差下提供高达4A的负载电流。MAX38908/MAX38909的输出电压可通过两个外部反馈电阻调节至0.6V至5.0V范围。

MAX38908 LDO的应用电路如下图2所示。

图2.MAX38908应用电路

LDO的并联：

基本上，我们将研究LDO并联的不同方式，并比较负载分配结果。以下是并联LDO的不同拓扑。

LDO 直接并联。

使用平衡电阻的LDO并联。

使用运算放大器的LDO并联

对于本研究，我们正在考虑以下用例：

VIN = 3.3V, VOUT = 2.7V, IOUT = 7A, VBIAS = 10V

1. LDO直接并联：

图3.MAX38908 LDO直接并联

图4.直接LDO并联电路中的负载分配

从上面的图4中，LDO-U2的输出电压略高，提供负载电流至4安培。如果负载进一步增加超过LDO的最大允许负载电流，LDO-U2的输出电压将降至设定值以下，LDO-U1将共享电流。一旦电流开始从 LDO-U1 流出，来自 LDO-U2 的电流就会降低，输出电压达到设定值，它就会再次开始共享更多的电流。因此，由于输出电压不相等，最大负载将由LDO-U2共享。

2. LDO与平衡电阻并联：

下图5显示了使用输出端平衡电阻并联LDO的情况。如图5所示，两个LDO的IN引脚短路并直接连接到输入电压源，但OUT引脚通过具有相同值的平衡电阻连接到负载。在该电路中，输出电压较高的LDO提供电流，该电流在该平衡电阻两端产生压降，从而降低该LDO的实际输出电压。因此，另一个输出电压较低的LDO也将共享负载电流。因此，平衡电阻两端的压降将有助于平衡输出电压，同时平衡流过两个LDO的电流。

图5：MAX38908 LDO与平衡电阻并联

使用平衡电阻时，负载两端的电压由下式给出：

VLOAD = VOUTU1 - VRBAL1 = VOUTU2 - VRBAL2
VLOAD = VOUTU1 - (IOUTU1*RBAL1) = VOUTU2 - (IOUTU2 * RBAL2)

为了计算平衡电阻值，我们考虑LDO输出电压的精度为±1%，并且每个LDO的最大输出电流分配的允许差值被视为每个LDO最大输出的20%，即800mA。下式给出了平衡电阻的值。

当输出电压为2.7V时，输出电压变化将为54mV。然后计算出平衡阻力为67.5m？。那么，选择的平衡阻力是50m？。

图6.使用平衡电阻的LDO并联电路中的负载分配

根据公式Rbal，仍然可以通过增加平衡电阻来改善负载均流。通过进一步增加平衡电阻值，平衡电阻两端的压降将进一步增加，实际输出电压将降低。我们需要确保平衡电阻值的选择应使负载两端的实际输出电压不会显著降低。因此，选择平衡电阻值，使通过LDO的电流差较小，平衡电阻两端的压降也较小。良好的布局设计将有助于通过LDO平均共享电流。

3. LDO使用运算放大器并联：

在图7的以下电路中，LDO的并联通过输入检测电阻完成。有两个电阻从两个LDO的源极输入端和IN端连接。一旦电流流过每个电阻，电压就会按比例产生，这些电压被馈送到运算放大器，如图所示。运算放大器检测给予其两个输入端子的差分电压，并驱动LDO-U1的反馈，LDO-U1的电流检测电阻连接到反相引脚。从下图可以看出，如果来自RSENSE2的电流增加，运算放大器将检测到电流的增加，并开始吸收来自LDO-U1反馈网络的电流。该吸电流使 LDO-U1 从输入源吸收更多电流，从而增加 RSENSE1 电阻上的压降。因此，它充当负反馈，以平衡流过两个LDO的电流。当电路工作在稳态条件下时，电流和输出电压从U1、U2开始就会平衡。

图7：MAX38908 LDO采用运算放大器并联

在上面的电路中，我们用了50m？每个LDO输入端的电流检测电阻用于电流检测，运算放大器用于比较流过两个LDO的输入电流。我们可以看到，通过LDO的电流共享比早期的方法要好得多，下面给出了使用这种方法的电流共享图。流过两个LDO的电流的最大差值在整个负载电流范围内约为51mA，直到7Amp。

图8.使用运算放大器的LDO并联电路中的负载分配

启动性能：

图9.测试条件下的启动性能：VIN = 3.3V, VOUT = 2.7V, IOUT = 7.3Amp

在上述波形中，绿色 - 输入电压，粉红色 - 输出电压，黄色 - LDO-U1 电流， 蓝色 - LDO-U2 电流。

上图9显示了启动波形，我们可以看到电流平衡的工作原理。在启动期间，LDO-U2 吸收更多由运算放大器检测的电流，并立即平衡通过两个 LDO 的电流。流过两个LDO的电流以黄色和蓝色波形给出，它们在某个时间稳定并变得相等。

以下是使用运算放大器的LDO并联电路的负载瞬态和负载调整率数据的波形。

负载瞬态性能：

图 10.测试条件下的负载瞬态性能：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7.3Amp

负载瞬态范围为 0 至 7.3A - 82mV 时的输出电压降

图 11.测试条件下的负载调整性能：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7 安培

LDO并联技术的性能比较：

负载调整率比较：

图 12.测试条件下的负载瞬态：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7 安培

上面的波形显示了图5和图7中两个电路的负载调节性能。随着负载的增加，使用平衡电阻的电路的输出电压比运算放大器电路的输出电压降低得更多。

负载共享性能比较：

图 13.测试条件下的负载瞬态：V在= 3.3V， V外= 2.7V， I外= 0 至 7 安培

上图显示了图5和图7两个电路中通过LDO的电流差异。与使用平衡电阻的电路相比，运算放大器电路中的均流性能要好得多。

 

	使用平衡电阻的LDO并联	使用运算放大器的LDO并联
优势	- 可在多个LDO并行连接上实现。 - 组件数量少。 - 易于实施。	- 等LDO均流。 - 提供所需的确切输出电压。
缺点	- 输出电压因 Rbal 而降低	- 仅限 2 个 LDO。 - 需要额外的运算放大器电路。

 

结论

从上面的研究中，我们可以得出结论，直接并联LDO不是正确的方法，因为没有负载电流共享。LDO并联电路在输出端使用平衡电阻，改善了均流，但这种方法会随着负载电流的增加而降低输出电压，并使用较大的电阻值来改善负载均流。这种方法也可用于多个LDO并联应用。使用运算放大器的LDO并联电路是通过LDO平均分配负载电流的最佳方法，因此平均分担散热。这种方法还具有负载电流下负载调节严格的优点。

审核编辑：郭婷