常见 LDO 线性稳压芯片的对比与选型

稳压器(Voltage Regulator)是一种在电源电压或者负载电流发生变化的时候,依然能够提供稳定输出电压的元件。常见的稳压器主要分为线性稳压器和开关稳压器两种。其中,开关稳压器是通过重复切换输出级的开关状态,并配合其它储能元件来产生指定的输出电压。而线性稳压器则是通过获取输出电压反馈,然后经由误差放大器组成的控制电路,动态的调节输入与输出之间的电压差,进而实现动态稳压的目的,其主要特点是输入电压 V_{IN} 大于输出电压 V_{OUT}

近几年低压差稳压器(LDO,Low Dropout Regulator)被广泛应用在微控制器电路当中,其主要特点在于输入电压与输出电压之间的压差 V_{DROPOUT} 非常小(通常在几十毫伏到几百毫伏范围)。在上面的 LDO 近似工作原理图当中,绿色的误差放大器通过改变内部的可变电阻,就能够达到了稳定输出电压 V_{OUT} 的目的(其中的 RDS_{ON} 包括 LDO 内部的 调整元件电阻片内互连电阻引脚电阻线焊电阻)。

全文会伴随笔者使用线性稳压芯片的经验,而持续进行更新,大家可以通过我电子技术博客 UinIO.com 的直达链接和书签,按需进行查阅:

  • 1 经典线性稳压器 1117 系列
    • 1.1 输出电压精度
    • 1.2 输出纹波控制
    • 1.3 动态电压波动
    • 1.4 选型总结
  • 2 低压差线性稳压器 LDO
  • 3 特瑞仕 XC6206 系列
  • 4 微盟电子 ME6206 系列
  • 5 微盟电子 ME6211 系列

经典线性稳压器 1117 系列

AMS 公司(Advanced Monolithic Systems)的 AMS1117 是一款比较经典的线性稳压器。除此之外,还有德州仪器 TLV1117、安森美 NCP1117、微盟电子 ME1117、长晶科技 CJT1117 等 Pin-to-Pin 产品。SOT-223 是 1117 系列芯片的典型封装形式,下图对该封装的引脚功能进行了说明:

下图是一个固定电压输出版本 1117 的典型应用电路,这里推荐使用 10uF 的钽电容作为旁路电容 C_1 ,以及 10uF 的钽电容作为输出电容 C_2

而下面电路是一个可调电压输出版本 1117 的典型应用,其输出电压公式为 V_{OUT} = V_{REF} times (1 + frac{R_2}{R_1}) + I_{ADJ} times R_2 。公式当中的 I_{ADJ} (约 50uA)通常可以忽略,因为其值远远小于 R_1 上面的电流(约 2mA ~ 10mA)。

输出电压精度

1117 系列线性稳压器的输出电压精度,通常为标称电压值的正负 1.5% 左右,即如果标称输出电压为 3.3V,那么实际的输出电压应当介于 3.25V ~ 3.35V 之间:

元件型号 空载输出电压 满载输出电压
AMS1117 3.33V 3.3V
TLV1117 3.27V 3.26V
NCP1117 3.31V 3.3V
ME1117 3.28V 3.26V
CJT1117 3.32V 3.32V

输出纹波控制

输出纹波用于衡量线性稳压器输出电压的平稳程度,是一个叠加在直流稳定值之上的交流分量。通常把这种纹波控制在 20mV 以内,就能够满足正常的使用。

元件型号 空载输出电压纹波 满载输出电压纹波
AMS1117 17.6mV 19.2mV
TLV1117 16.2mV 18.4mV
NCP1117 15.8mV 16.8mV
ME1117 16.7mV 17.6mV
CJT1117 16.2mV 16.8mV

动态电压波动

因为线性稳压器的后级负载通常是动态变化的,所以就会导致其输出电压发生波动,这种波动是衡量线性稳压器性能的一个非常重要的参数。

元件型号 波动电压大小
AMS1117 344mV
TLV1117 94mV
NCP1117 134mV
ME1117 216mV
CJT1117 172mV

选型总结

  • 通常情况下 1117 系列的最大输出电流为 1A,但是当在 5V3.3V 且输出电流为 800mA 的时候,芯片的发热温度将会达到 130°C 左右,所以尽量不要让 1117 去负载高于 1W 的功率;
  • 由于 1117 系列的 SOT-223 封装体积较大,比较浪费 PCB 布线空间,并且不能使用陶瓷电容作为滤波电容,同时静态电流也比较大(毫安级别),不适用于低功耗场景,加之假货与翻新件横行,因而在工程实践当中已经较少被使用;

低压差线性稳压器 LDO

低压差稳压器(LDO,Low Dropout Regulator)相对于传统的线性稳压器而言,输入与输出之间的电压差更小。传统的 78XX 系列线性稳压器,其输入电压要比输出电压至少高出 2V ~ 3V。而即便是要求更低一些的 1117 系列,其压差也至少在 1V 以上。这种情况下对于 5V3.3V 的场景,输入与输出之间的压差仅有 1.7V,显然无法满足正常工作的条件。

下面的表格,展示了市场上常见的三款 LDO 芯片的相关性能参数:

LDO 型号 封装形式 静态电流 输出纹波 动态响应 输出精度
XC6206 SOT-23-3 1.4uA < 5mV 680mV 0.6%
ME6206 SOT-23-3 8.3uA < 5mV 11.6mV 0.9%
ME6211 SOT-23-5 36.9mA < 5mV 18.2mV 0.6%
  • 对于 SOT-23 封装的 LDO 线性稳压芯片,在 5V3.3V 的情况下,最大输入电流应当控制在 200mA 以内。如果需要使用更大的输出电流,则可以考虑使用 1117 系列;
  • 特瑞仕 XC6206 静态电流较小,适合低功耗场景,但是需要注意它的动态响应和纹波都比较大;
  • 微盟电子的 ME6211 和 ME6206 系列性价比较高,小批量采购不容易购买到假货;
  • SOT-23-5 封装的 LDO 元件相比于 SOT-23-3 多出一个 ENABLE 控制引脚(关断之后电流较小),如果需要控制输出就选择 SOT-23-5 封装,如果希望更小的封装,则可以选择 SOT-23-3 封装;

特瑞仕 XC6206 系列

特瑞仕 XC6206 系列是一款高精度低功耗的 LDO 线性稳压芯片,即使在输出电流较大的情况下,其输入与输出之间的压差依然较小。其常见的 SOT-23-3 封装通常拥有 输入输出接地 三个引脚,内部包含了限流电路、驱动三极管、高精度参考电压源、误差校正电路:

XC6206 系列的性能参数如下面的表格所示:

参数名称 参数值
最大输出电流 200mA (3.0V type)
输入输出压差 250mV @ 100mA (3.0V type)
最大工作电压 6.0V
输出电压范围 1.2V ~ 5.0V (0.1V 递进)
输出精度 $$、$pm30mV@V_{OUT}<1.5V$、$pm1% @V_{OUT}ge2.0V$
低功耗 典型值为 1.0 μA
输出电容类型 可以兼容低 ESR 的陶瓷电容
保护措施 内置限流电路
工作环境温度 -40℃ ~ 85℃

XC6206 系列可以选用较低等效串联电阻(ESR,Equivalent Series Resistance)的陶瓷电容,并且可以由内部的限流电路提供输出引脚的短路保护,其典型应用电路如下图所示:

微盟电子 ME6206 系列

微盟电子推出的 ME6206 系列是一款低功耗低压差、高纹波抑制率,并且具有过流与短路保护的 CMOS 降压型稳压芯片,该系列元件具有较低的静态偏置电流(典型值为 8.0μA),可以在输入输出的电压差极小情况下,提供约 300mA 的输出电流,并且仍然能够保持良好的调整率。

参数名称 参数值
高精度输出电压 ±2%
输出电压 1.5V ~ 5.0V,步长为 0.1V
最大工作电压 6V
静态偏置电流典型值 8.0μA
带载能力 当 $V_{in}=4.3V$ 且 $V_{out}=3.3V$ 的时候,输出电流 $I_{out}=300mA$
输入输出电压差 输出电流为 90mA 时的压差为 0.2V,而输出电流为 200mA 时的压差为 0.4V

ME6206 系列常用的封装形式为 SOT-23-3,其典型应用电路如下图所示:

微盟电子 ME6211 系列

微盟电子推出的 ME6211 系列,是一款高精度、高纹波抑制比、低噪声,快速响应的 CMOS 低压差线性稳压器,该芯片内置有参考电压源误差修正电路限流电路相位补偿电路低内阻 MOSFET,可以达到高纹波抑制、低输出噪声、超快速响应的性能指标:

参数名称 参数值
最大输出电流 当 $V_{in}=5V$ 且 $V_{out}=3.3V$ 的时候,输出电流 $I_{out}=500mA$
输入输出电压差 输出电流为 100mA 时压差为 100mV
工作电压范围 2V ~ 6.0V
输出电压范围 1.2V ~ 5.0V,步长为 0.1V
输出精度 ±2%
静态电流 典型值为 50uA
关断电流 典型值为 0.1uA
纹波抑制比 例如 ME6211C33 为 70dB@1KHz
输出噪声 50uVrms
输入稳定性 典型值为 0.05%

ME6211 系列兼容体积相对于钽电容更加小巧的陶瓷电容,并且无需再额外使用 0.1μF 的旁路电容,进一步节省物料成本。除此之外,ME6211 系列常用的封装形式为 SOT-23-5,其典型应用电路如下图所示:

注意上图当中的 VIN 为电压输入引脚,VOUT 为电压输出引脚, VSS 属于接地引脚,CE 是使能引脚(高电平),而 NC 引脚无需进行连接。

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