LDO系列--LDO并联扩容

1、不能简单并联（无法电流均衡）

 

 

两个LDO的内部的带隙基准源(参考电压)，FET的特性，以及误差放大器的噪声不同(如失调电压)，实际LDO输出的目标电压依旧是有差异的。

这就导致了，LDO-High的目标输出电压高一些(5V)，相反LDO-Low的目标输出电压低一些(4.9V)，这时输出电压最终会被拉高到LDO-High的输出电压5V，因为假如输出在4.9V，这时LDO-High内部的反馈控制网络会继续降低FET的内阻，从而拉高输出电压。

在5V的输出电压下，LDO-Low的反馈网络检测到输出电压超过目标值，即FB的电压超过了内部的基准源，那么LDO-Low会增加内部FET的电阻，试图去降低输出电压，然而无论LDO-Low如何增加内阻，输出电压都会被LDO-High锁定在5V。最终在反馈控制网络的作用下，LDO-Low内部的FET几乎被关闭，故所有负载电流全部由LDO-High来承担。从而导致LDO并联时负载电流不会自动均摊，而是全部由其中一个LDO来承担，导致LDO过热或者限流。

2、如何并联

2.1、二极管

首先来看通过二极管并联LDO的电路图。采用二极管并联LDO连接方法，由于输出路径中有二极管，因此输出电压仅下降二极管正向电压（以下简称“VF”）的量。所以，要想得到预期的输出电压，需要采取诸如将二极管VF添加到LDO的输出电压设置值中等措施。另外，每个二极管的VF会有个体波动，而且还会因负载电流和温度而异，因此，无法期待精确的输出电压精度。

通过二极管连接两个LDO输出时的电路

如上一篇文章所述，这个电路也是由输出电压高的LDO供给电流，但由于流过的电流因二极管的VF而异，因此可以在一定程度上吸收两个LDO之间的电压差。输出电压的平衡关系可以通过以下公式来表示：

VOUT1－VF1（IOUT1）＝VOUT2－VF2（IOUT2）

VOUT1：LDO1的输出电压
VOUT2：LDO2的输出电压
VVF1（IOUT1）：IOUT1的D1的VF
VF2（IOUT2）：IOUT2的D2的VF

例如，从右图中可以看出使用3.3V、1A输出的LDO，且LDO1的输出电压比LDO2高1%时，各LDO供给负载的输出电流是如何分配的。

在负载电流为1A的节点，即使LDO的输出电压差仅为1%，但电流分配却有很大差异：LDO1为0.64A，LDO2为0.36A。

接下来，右图中给出了两个LDO间的输出电压差对输出电流的影响。

右图表示LDO1比LDO2的输出电压高时各LDO的输出电流之比。当两个LDO的输出电压完全相同时，输出电流的比率为50%（平均分配输出电流），但随着输出电压差的增加，电流比率的差也会随之增加。例如假设LDO1的输出电压波动＋1%、LDO2的输出电压波动－1%，则LDO1的电流输出为77%、LDO2的电流输出为23%，电流分配很不平衡。

从下图中可以看出当使用最大推荐输出电流值为1A的LDO时，LDO间的输出电压差对LDO并联电路的输出电流的影响。

如果LDO之间完全没有电压差，则两个LDO的输出电流相等，因此可以输出2A（1A+1A）的电流。但随着LDO输出电压差的增加，能够输出的电流值越来越小。在LDO1的输出电压波动＋1%、LDO2的输出电压波动－1%的条件下，使用最大推荐输出电流值为1A的LDO时，当两个LDO中的一个达到1A时该LDO将达到最大输出状态，因此相对于2A的输出电流能力，最多只能输出1.37A的电流。

最后请看负载调节图表。与LDO输出相比，输出电压下降了二极管VF的量，并且二极管VF随负载电流的增加而增加，因此输出电压进一步降低。除了各LDO本来就有的负载调节器之外，二极管VF的影响也很大，而且输出电压的变化也很大，因此，如前所述，负载调节器并不理想。

2.2、镇流电阻

使用电阻并联LDO的示例如下。由于输出路径中具有串联的电阻，因此输出电压会随着负载电流的增加而下降。

在这个示例电路中也是具有较高输出电压的LDO开始提供电流。当具有较高电压的LDO的输出电流流过镇流电阻时，会引起电压降，并且当其变得与具有较低电压的LDO电压相同时，具有较低电压的LDO也开始提供电流。这样，利用电阻的电压降来平衡输出电压，每个LDO都会向负载供应电流。输出电压的平衡关系可以通过以下公式来表示：

VOUT1-IOUT1×RBALLAST=VOUT2-IOUT2×RBALLAST

VOUT1：LDO1的输出电压
VOUT2：LDO2的输出电压
IOUT1：LDO1的输出电流
IOUT2：LDO2的输出电压
RBALLAST：镇流电阻

镇流电阻、分流至VOUT1和IOUT2的电流、LDO间的电压差之间的关系可通过以下公式来表示：

但是，VOUT1+IOUT2=ILOAD

从这个公式可以看出，当试图改善VOUT1和IOUT2之间的电流平衡时，镇流电阻RBALLAST的电阻值就会增加，并且当LDO间的输出电压差较大时，RBALLAST也会增加。另外，负载点处的电压降会随着电阻值的增加而增加。

例如，当3.3V、1A输出的LDO1波动＋1%、LDO2波动－1%时，输出电压差将达到66mV（3.3V的2%）。如果将负载电流2A分为1.2A和0.8A，则根据上述公式，镇流电阻为0.165Ω。

从右图中可以看出各LDO的输出电流是怎样分配来供给负载的。由于LDO1的输出电压较高，因此到0.4A的负载电流中只有LDO1的电流。镇流电阻带来的电压降在0.4A附近超过66mV（＝0.4A×0.165Ω），LDO1和LDO2的输出电压在VOUT点变为相同，因此LDO2的电流开始流动。在2A时被分为1.2A和0.8A，与计算值一致。

本来并联两枚输出为1A的LDO是希望获得2A的输出电流，但是对于最大额定输出电流为1A的LDO来说，当其中一个达到1A时，就达到了这个系统的最大输出电流，因此如图所示，可供给的最大输出电流变为1.6A。

请看下面的负载调节图表。随着负载电流的增加，镇流电阻带来的电压降也会增加。电压降可通过下列公式来计算。实际的电压降是在该电压上加上LDO本身的负载调节电压。

 VDIFF：LDO1和LDO2的输出电压差
 RBALLAST：镇流电阻
 ILOAD：负载电流*
 * LDO1和LDO2的输出电流都流过的区域。

在下面的LDO示例中，输出电压容差为±3%（包括温度特性）。当输出3.3V、1A的LDO1波动＋3%、LDO2波动－3%时，输出电压差为198mV（3.3V的6%）。如果将负载电流2A分为1.2A和0.8A，则镇流电阻为0.495Ω。

从左下方的图中可以看出各LDO的输出电流是怎样分配来供给负载的。与前面的示例一样，在输出电压波动±1％的情况下，电流的分配与计算一致。另外，右下图给出了该条件下的负载调节特性。负载电流带来的电压降随着镇流电阻值的增加而增加。

如前所述，各LDO的输出电压差、输出电流分配、输出电压降之间存在矛盾权衡关系，需要平衡每种特性来决定镇流电阻的值。由于输出电流会流过镇流电阻，因此会产生较大的功率损耗。请确认所使用的电阻器的额定功率是符合规格要求的。在JEITA（RCR-2121A/B电子设备用固定电阻器的使用注意事项指南）中，建议在额定功率的50%以下使用。

2.3、环路控制