第7期｜如何防止LDO启动异常及发热？

本期技术通讯聚焦“电源 IC 的基础及小型/低功耗设备、控制/处理电路板的电源设计”。上期已解析 LDO 选型时需关注的 Iq、Vdif、PSRR 及负载瞬态响应等核心特性。作为系列第 7 期，本文将深入探讨 LDO 实际电路集成中的关键要素：外部元件选型、电容配置、发热管理及启动故障预防。

第 7 期｜如何防止 LDO 启动故障与发热？

LDO 虽结构简单，但周边设计至关重要

LDO 仅需连接输入电容（CIN）和输出电容（CL）即可工作，电路结构较 DC/DC 转换器更为简化。然而，简单的结构并不意味着可以随意选择元器件或布局。确保 LDO 稳定运行，必须严格把控以下五大要素：

• 外接元件的选型
• 元件布局规划
• 输出电容的有效容量
• 发热条件评估
• 启动时的负载状态

输入电容和输出电容应布置在 IC 附近

LDO 的输入侧需连接 CIN，输出侧需连接 CL。选型时，电容容量不得低于数据手册规定值，且物理位置必须尽可能靠近 IC 引脚。

CIN 主要用于抑制输入电源波动及布线阻抗影响；CL 则关乎输出电压稳定性及负载瞬态响应。特别是 CL，其容量与类型直接影响 LDO 的相位补偿。若选择不当，极易引发输出电压不稳甚至振荡。

输出电容并非越大越好

虽然增大输出电容有助于抑制负载变化引起的电压波动，但在 LDO 应用中，过大的电容容量可能导致启动浪涌电流激增，或破坏控制环路稳定性。对于高速响应型 LDO，过大的 CL 可能因相位补偿条件不匹配而导致工作异常。

因此，增加输出电容前，务必查阅数据手册推荐的容量范围及最大值限制。若手册未明确标注上限，或负载端存在大容量电容，建议提前进行实测验证或咨询制造商。

在 FB 型中，还需注意分压电阻和 CFB

采用外接电阻设定输出电压的 FB 型 LDO，其精度直接取决于 RFB1 和 RFB2 的阻值精度。此外，若分压电阻总阻值过大，FB 端子易受噪声干扰从而影响稳定性。尽管大阻值有利于降低功耗，但仍须严格遵循数据手册的推荐值或计算公式。

部分产品为优化相位补偿或改善瞬态响应，要求在 RFB1 两端并联电容（CFB）。若规格书指定了 CFB，需严格控制其容值及 PCB 布局。

LDO 的发热量由 VIN 与 VOUT 的差值决定

发热是 LDO 应用中的核心痛点。LDO 的损耗功率等于输入输出电压差（VIN - VOUT）乘以输出电流（IOUT）。在高输入电压、低输出电压及大电流工况下，LDO 内部将产生大量热量。

过热会导致 IC 结温升高，进而影响工作范围乃至可靠性。选型时，除确认输出电流外，必须综合评估输入输出电压差、环境温度及 PCB 散热条件。

确认发热的简易检查

LDO 损耗可按以下公式估算：

损耗 ≒（输入电压 - 输出电压）× 输出电流

例如：输入 5V、输出 3.3V、电流 300mA 时，损耗为 1.7V × 0.3A = 0.51W。设计者需确认该功耗是否在 LDO 封装及 PCB 板的散热能力范围内。

小型封装散热面积有限，同等电流下，温升会因 PCB 布局和铜箔面积不同而产生显著差异。建议在电源 IC 周围预留足够的散热布局，并通过实机测试确认温度表现。

折返式限流与启动故障

许多 LDO 内置过载或短路保护功能，其中“折返式限流”较为常见：随着输出电压下降，限流值随之降低，从而在短路时减少发热。

然而，该机制在启动阶段可能引发故障。若启动时输出电压尚未建立，而负载电路已汲取大电流，LDO 可能误判为短路并进入限流状态，导致输出电压无法上升，最终造成启动失败。

启动时采取抑制负载电流的措施非常有效

避免启动故障的关键，在于确保 LDO 输出电压完全建立前，负载端不施加过大电流。可采取以下措施：

• 在输出电压稳定后，再解除 MCU 复位；
• 利用复位 IC 延迟负载电路启动；
• 通过负载开关（Load Switch）控制上电时序；
• 利用 EN 引脚或 RC 延迟电路调整电源时序；
• 避免启动瞬间对大容量电容进行一次性充电。

特别是当负载电路具有较大输入电容，或在电源爬升期间即开始工作时，必须提前进行专项确认。

布局也会影响运行的稳定

虽然 LDO 布局难度低于 DC/DC 转换器，但输入/输出电容的位置及地线连接方式仍直接影响稳定性、抗干扰性及散热效果。

设计原则：严格遵循数据手册推荐布局，将 CIN 和 CL 紧贴 IC 放置；对于带 FB 引脚的产品，FB 走线应尽量短，并远离噪声源。

设计时需确认的要点

为确保 LDO 可靠运行，请在设计阶段逐项核对以下内容：

• CIN 和 CL 容量是否达到或超过指定值？
• 电容在实际工作电压下的有效容量是否充足？
• CIN、CL 是否紧邻 IC 布置？
• 输出电容是否超出最大允许值？
• FB 电阻值及 CFB 是否符合手册要求？
• 是否已根据压差和电流估算功耗？
• 在既定环境与散热条件下，温升是否可控？
• 启动瞬间负载是否会汲取过大电流？
• 是否存在因折返限流导致启动失败的风险？
• PCB 布局是否符合官方推荐方案？

下期预告

第 8 期｜如何估算电源 IC 的发热量？

下期将深入讲解电源 IC 的效率与热设计，涵盖损耗计算方法、允许功耗、热阻参数及温度评估要点。

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