Engineer It 系列：不能接受高温？电流分配

[音乐播放] 大家好，我是 Aaron Paxton，线性电源组的一名 模拟应用工程师。 今天在这里，我将向您介绍如何使用电流分流 线性稳压器获得5 安培或更高电流。 通常，当我们想到DSP 或 FPGA 时， 我们知道电源要求非常苛刻。 为了满足这些电源要求， 在我们设计电源方案时， 通常使用开关模式电源。 其原因非常明显。 开关模式稳压器非常高效。 因此，不会出现 IC 本身耗散的很多能量， 不会产生很多热量。 但是，使用开关模式电源存在一些 缺点。 举例来说，我们知道稳压器的输出电源 会引发一定 数量的纹波。 如果不抑制，此纹波有可能 对系统造成不利影响。 所以，通常情况下，设计人员喜欢尝试尽量滤除 此纹波。 现在，我们可以利用电容器和电感器来实现此目的。 但这个过程可能非常冗长， 并且很困难。坦白地说， 根据我们定位的不同频率，这可能是一项工程浩大的工作。 不过，还有另外一个不错的解决方案， 就是使用线性稳压器作为二级稳压器， 这样不仅可以抑制纹波， 还可以提供干净的直流输出。 不过您可能会想，如何使用线性 稳压器准确获得5 安培或更高电流？ 我们知道，线性稳压器通常有损耗。 我们一起看一下方程式。 这里我们可以看到线性 稳压器的简化电源等式 会等于整个线性稳压器 的电压降（输入电压减去输出电压） 乘以该线性稳压器的 的电流。 并且，我们知道功率损耗 会产生一些热量。 这里是其中一个您可以用来 计算产生了多少热量的公式。 这种情况，我们可以看到由于功率消耗 引起的与PCB板之间的热传递。 这意味着热传递等于这个 R θ JB 值，此值对于每个 LDO 是唯一的。 乘以整个线性稳压器产生 的功率损耗，我们得出 传导到板的热传递量-- 摄氏温度。 那么为什么热量的准确性很重要？ 嗯，我们知道如何板上的线性稳压器 会在单焊点处升温，且热量相当多， 它不仅只是自身加热。 还可能加热了周围的组件。 这可能降低性能。 我们需要考虑的另一个问题是， 随着线性稳压器的升温， 它可能进入热关断状态， 并因此停止工作。 我们通常 希望避免这两种情况的出现。 但是，我们到底应该怎样做呢？ 我们再来看看电源公式。 我们知道，这里有两项--第一个项 是整个 LDO的电压降。 如果我们减少输入电压减去输出电压的值，使用更接近输出电压的输入电压， 那么我们可以减少功率损耗量。 但是，在此示例中，我们假设这是不可能的。 我们能够考虑的另一个问题是输出电流 I out， 或稳压器提供的电流。 我们通常也不能减少这个值。 因为我们知道DSP 或 FPGA 需要一定量的电流。 我们想要满足这些要求。 不过，我们所能做的一件事是 使用并行运行的两个线性稳压器。 这将更改您在这个底部 看到的功率损耗公式。 功率损耗现在等于(输入电压-输出电压) * I out/2。 这是因为，当两个线性稳压器 并行运行时，可以将每个稳压器的电流 缩减为一半。 那么我们到底怎样完成这个任务？ 嗯，这是一个理想情况。 我们看到这里有两个 LDO。 它们连接了输入和输出，还有 所有反馈节点都连接在一起。 现在，我提到了这是理想情况。 因为通常线性稳压器 不会有相同的输出电压。 当它们有完全相同的输出电压时， 问题也就不存在了。 电流将被分离为 50-50。 不过，两个稳压器之间的输出电压 通常存在不明显的细微不同。 如果出现这种情况，LDO 中的一个将成为主 LDO。 另一个则为非主 LDO。 作为尝试补偿成为 非主稳压器的方法，这个 LDO 通常会关闭它的导通器件。 因此，两个稳压器之间 的电流分配将不再相等。 不会是 50-50。 将接近于20-80、90-10， 或差距更大。 那么我们如何通过电流 等额分配的方式来实际实施？ 嗯，我们需要做的是实际添加控制环路。 这是我们在这里要做的事。 您可以看到，这里有两个感应电阻器。 这些是通过每个稳压器测量电流 浮动的方法。 您可以看到，这些是运算放大器的输入。 运算放大器测量它在这些节点的 差分电压，并在其反馈节点相应地驱动 LDO 中的一个。 我们看到底部的这个 LDO是主 LDO。 这意味着它是停滞的。 它的输出电压是固定的。 这是另一个 LDO 的对比值。 这个运算放大器将继续驱动 直到通过每个线性稳压器进行等额电流 分配。 现在，我们已经讨论了一些理论上的问题， 接下来我们来讲解一个示例，一个真实的示例， 以及这个示例的具体情况。 在这儿，我放了一个热线摄像机来测量 由于调节产生了多少热量 。 我有一个数字万用表。 我有一个可编程直流电源。 我另外还有一个直流电源。 然后，我添加了一个负载盒，因为我们 将会获得很多电流。 最后，这是展示均流功能的 实际测试板。 您可以看到这里有两个LDO。 一个是主 LDO。 另一个是辅 LDO。 我当前对其进行设置的方法是这些 LDO 中的一个 自己获得 3 安培。 这表明主 LDO 已启用，辅 LDO 已禁用。 您可以看到，这里我们只会启用一个 LDO，即主 LDO，尝试通过它来 获得 3 安培。 我们在执行此操作时，我们将看到温度升高到 68 摄氏度。 现在我们要做的是去启用 另一个 LDO。 我们为测试板进行电流分流配置。 您可能已经看到，另一个LDO 已启用， 热量正开始分散到另一个 LDO，而不只是集中在 一个 LDO。 您可能还看到测量得出的板上最高温度 仅为54 度， 比我们之前看到的要明显降低 。 这表明，电流实际已在两个 LDO 之间 平均分配。 我之前提到过，每个 LDO是 3 安培。 所以，一共可以获得6 安培。 我在这里完成这个操作。 这个板有几点事项必须指出来。 正如我刚才提到的，板上有两个 LDO。 但另外还有两个感应电阻器。 这些电阻器负责感应流过每个LDO 的 电流。 但除了这些感应电阻器外， 还有一个我们讨论过的运算放大器，它是 控制环路的一部分。 就在这儿。 它实际感应这两个感应电阻器的 电压差动。 最后，我们在这里还放了一个大的输入电容器。 电容这么大是因为我们需要处置非常大的 6 安培涌入电流 。 为了避免 LDO 在启动时进入“退出”状态， 输入电容器将使输入电压保持稳定。 我们将 LDO升到了 6 安培， 现在再来看看热线摄像机。 我们将负载电流提高到了 6 安培， 我们看到两个 LDO仍在电流分流操作 中运行。 每个分别获得3 安培。 我们还看到板上记录的最高温度现在已达到了 65 摄氏度，而且还在上升。 今天，我们了解到，线性稳压器作为开关模式电源的 滤波策略的一部分非常 有用。 虽然我们最高获得了6 安培， 但作为一个可行的方案，这不是选择线性稳压器 的必要条件。 有关电流分流的详细信息和技术交流， 请访问以下链接。 感谢您的观看。