LDO的运行困境之二：最小负载

作者: Luca Vassalli

作为应用工程师，经常有人问我调节器能否在无负载条件下工作。现代的多数LDO和开关调节器都可在无负载条件下稳定工作，那么，人们为什么要反复问这个问题呢？某些较老的功率器件必须满足最低负载要求才能稳定工作，因为必须补偿的极点之一会受到有效负载电阻的影响，详见"应用工程师问答37——低压差调节器"。例如，图A表明，LM1117的最小负载电流要求为1.7 mA（最高5 mA）。


图A. LM1117的最小负载电流规格

多数较新的器件都支持无负载运行，极少有例外。采用使LDO在任何输出电容（尤其是低DSR电容）条件下保持稳定的相同设计技术 来确保无负载条件下的稳定性。对那些要求负载的少数现代器件来说，导致限制的通常是通过调整元件的漏电流，而不是稳定性。怎样才能知道这些呢？ 阅读数据手册。如果器件要求最低负载，数据手册一定会有所表示。

ADP1740和其他低电压、高电流LDO就属于这类。85℃时，来自集成电源开关的最差条件漏电流约为100μA，125℃时为500μA。无负载条件下，漏电流会对输出电容充电，直到开关VDS足够低并能使漏电流降至可忽略水平，因此无负载时输出电压升高。数据手册中要求500 μA的最低负载，如果器件将在高温条件下工作，则建议采用伪负载。相比器件的2-A额定值，该负载还是比较小的。图B所示为ADP1740数据手册规定的最小负载电流。


图B. ADP1740的最小负载电流规格

如果数据手册未明确规定最小负载，应该怎么办呢？ 多数情况下并不需要最小负载。这可能难以令人信服，但是如果需要最小负载，数据手册一定会明确说明。引起困惑的原因在于，数 据手册往往包含一些图示，展示了一定工作范围内的技术规格。多数示意图都是对数图，可以显示数十倍频程的负载范围，但对数标尺不能到零。图C展示的是ADM7160输出电压和地电流与负载电流在10 μA至200 mA范围内的关系。其他图（比如地电流与输入电压的关系图）展示的是多个负载电流条件下的测量值，却不显示零电流下的数据。另外，PSRR、线性调整率、负载调整率和噪声等参数会规定一定的负载电流范围，其中并不包括零，如图D 所示。尽管如此，所有这些都不表示需要最小负载。


图C. ADM7160输出电压和地电流与负载电流的关系


图D. ADM7160负载调节

具有节能模式(PSM)的开关调节器的用户往往担心器件在轻负载条件下的工作性能，因为PSM 会降低工作频率，跳脉冲工作，带来突发脉冲，或者这些问题同时存在。PSM可以在轻负载条件下降低功耗，提高效率。其不足是输出纹波会显著增加，但器件会保持稳定，可以轻松在无负载条件下正常运行。

如图E所示，当负载在800 mA和1 mA之间切换时，PSM会导致ADP2370高电压、低静态电流降压调节器的纹波增加。在1 mA条件下进行测试并不意味着1 mA就是最小负载。


图E. ADP2370在节能模式下的负载瞬态

图F所示为纹波电压随负载电流变化的情况。在这种情况下，示意图一直变为零。这表明了两点，首先，负载可以为零；第二，无负载条件下的噪声可能不会比1 mA或10 mA条件下的噪声差。


图F. ADP2370输出纹波与负载电流的关系

结论

多数现代调节器均可在零负载电流条件下稳定工作，但是，如果有疑问，请查询数据手册。谨慎为上。对数图不会变为零， 测试并非始终都在零负载电流条件下进行，但不得由此推断调节器在无负载条件下不能工作，即使数据手册未列出无负载条件下的数据。对于开关调节器，节能模式下出现纹波是正常现象，并不表示器件不稳定。