如何将 LDO 用作负载开关

低压差稳压器 (LDO) 能否成为良好的负载开关？这不就像把一个圆钉放在一个方孔里吗？嗯，是的，但是如果满足以下两个或三个条件，LDO 可能是一个不错的选择：

· 输入电压 >15V（这消除了 80% 的负载开关）。

· 输出电流 <1A（R-on 不太重要）。

· 每一分钱都很重要（LDO 可能比负载开关便宜）。

为了让 LDO 模拟负载开关，它必须有办法强制在 dropout 模式下运行。可调 LDO 有一个反馈引脚，可让您将器件置于压降模式（全开输出）。具有场效应晶体管传输元件的 LDO 在压差模式下具有低压差和低静态电流损耗。具有双极传输元件且包含抗饱和电路的 LDO 在压差模式下还具有低压差和良好的静态电流损耗。必须有一种方法来关闭和打开输出，带有启用或关闭引脚的 LDO 具有此功能。

作为奖励，LDO 具有仅在最佳负载开关中才有的标准功能，包括：

· 电流限制。

· 上升时间控制。

· 过温关机。

将调整引脚接地将迫使大多数可调 LDO 将尽可能多的电压传递到输出。LDO 上的电压损耗与数据表中的压差规格相同。如果您愿意，您可以将调整引脚连接到一个接地电阻和一个电容到 V OUT，这将提供受控的输出压摆率限制。压摆率最终决定了输出上升时间。即使反馈对地短路，输出上升时间仍然由输出电容和 LDO 电流限制控制；然而，该电流通常随温度和制造工艺而变化。请参阅数据表了解 I-limit 的范围。

对于上述电阻器和电容器反馈连接，输出上升压摆率 (SR) 表示为公式 1：

Vref/(R*C) (1)

Vref 是 LDO 调整引脚电压，R 和 C 是反馈元件。您可以使用公式 2 计算上升时间：

[V IN –Vdo] * R * C / Vref (2)

Vdo 是压差电压。

对于接地反馈连接，使用公式 3 计算输出上升压摆率（V/s）：

[I-limit]/成本 (3)

上升时间可按公式 4 计算：

[V IN –Vdo] * Cout / [I-limit] (4)

图 1 是使用廉价 100mA 可调 LP2951 LDO 的 24V 负载开关示例，该 LDO 具有 1.25V 反馈引脚和与大多数逻辑兼容的低电平有效使能引脚。

LP2951-xx-Q1设备为双极性低压差稳压器，可适应高达35 V的宽输入电源电压范围。8引脚LP2951-xx-Q1能够从同一设备输出固定或可调输出。LP2951-xx-Q1通过将输出和感测引脚以及反馈和V抽头引脚连接在一起，输出固定的5 V和3.3 V（取决于版本）。或者，通过保持检测和V抽头引脚打开并将反馈连接到外部电阻分压器，可以将输出设置为1.235 V到30 V之间的任何值。
8引脚LP2951-xx-Q1还提供了额外的功能，特别适合电池供电应用。例如，逻辑兼容关机功能允许调节器处于待机模式以节省电源。此外，还有一个内置的监控器重置功能，其中当V-OUT由于任何原因（由于V-In下降、电流限制或热关机）下降其标称值的6%时，错误输出变低。

R1 和 C1 控制输出上升时间。我在反馈引脚上添加了一个二极管，以在 V OUT瞬时短路的情况下保护它免受电容器电流的影响。

图 1：LP2951 负载开关原理图

我使用 16.2k 的 R 和 100nF 的 C 测量了图 2 中的上升时间。计算得出的输出上升压摆率为 1.25V/(16,200Ω*100nF) = 0.77V/ms。测量值为 0.62V/ms。

图 2：输出上升时间波形

这种压摆率限制策略确实有一个不需要的副作用。如图 3 所示，前 870mV 的上升时间要快得多。然而，这对于大多数负载来说应该无关紧要，尤其是 24V 负载。

图 3：初始输出步骤

您可以将反馈短路接地并移除 R1、C1 和 D1 以减少组件数量。在这种情况下，图 4 中的上升时间更快，由电流限制和输出电容决定。负载电流将从电容器中窃取电流并减慢上升时间。12.4V/ms 的上升压摆率（负载为 40mA）表明电流限制为 164mA（负载为 40mA，电容器为 124mA）。请注意，在上升开始时仍有上升。

图 4：由电流限制设置的输出上升时间

图 5 是 V OUT与负载电流的直流输出特性。24V 系统可以接受压差（100mA 时 460mV 电压损失）。但是，电流限制的定义不是很好。

图 5：输出电压与输出电流

图 6 是接地电流（静态电流与输出电流）。PNP 通路元件具有抗饱和功能，可保持静态电流与负载电流成比例。

图 6：静态电流

最后，图 7 是输出短路情况下的输出电流与时间的关系。

该器件在限流模式和温度关断模式之间切换。一些 LDO 可以提供稳定的较低输出电流，使器件保持在关断温度。

图 7：短路电流与时间的关系

虽然负载开关通常最适合将电源切换到负载，但有时 LDO 更适合。跳出框框思考可以提供创造性的解决方案。