แรงดันเผื่อคือส่วนต่างที่มีให้จริง
LDO ต้องมีแรงดันระหว่างอินพุตกับเอาต์พุตพอให้ภาคผ่านปรับการนำและรักษาระดับเป้าหมายได้ ส่วนต่างที่มีให้จริงเรียกว่าแรงดันเผื่อ ส่วนดรอปเอาต์เป็นข้อกำหนดหรือเงื่อนไขที่เริ่มรักษาระดับไม่ได้ตามนิยามผู้ผลิต ทั้งสองเกี่ยวข้องกันแต่ไม่ใช่ตัวเลขเดียวกันเสมอ การออกแบบต้องเปรียบเทียบแรงดันเผื่อที่ต่ำที่สุดกับความต้องการในกระแสและอุณหภูมิที่เกี่ยวข้อง
อย่าใช้ค่าเด่นหน้าแรกซึ่งอาจวัดที่กระแสเบาหรืออุณหภูมิห้องเป็นค่ารับรองทั้งงาน ต้องอ่านนิยามการวัดดรอปเอาต์และค่าสูงสุดที่ระบุจริง บางรุ่นมีกราฟค่าทั่วไปสำหรับดูแนวโน้มแต่ไม่ใช่ขอบเขตทุกชิ้น นอกจากนี้แรงดันอินพุตต่ำสุดที่วงจรภายในต้องการอาจเป็นเงื่อนไขแยก แม้ส่วนต่าง Vin−Vout จะดูพอก็ตาม
- ภาคผ่าน
มีแรงดันตกเมื่อจ่ายกระแส
- กระแสเพิ่ม
ความต้องการแรงดันตกเพิ่มในโมเดล I×R
- อุณหภูมิเปลี่ยน
ค่าพารามิเตอร์ภาคผ่านอาจเปลี่ยน
- ตรวจจริง
ใช้เงื่อนไขและขอบเขตผู้ผลิตให้ตรงงาน
แบบจำลองภาคผ่าน ไม่ใช่สเปก LDO
แบบจำลองภาคผ่านและเหตุที่โหลดมีผล
เมื่อภาคผ่านชนขอบเขตการนำแล้ว อุปกรณ์บางโครงสร้างประมาณเป็นความต้านทานได้ในช่วงหนึ่ง แรงดันตกจึงสัมพันธ์กับกระแส เช่น ถ้าความต้านทานสมมูลสมมติ 0.6 Ω ที่กระแส 0.10 A จะตก 0.06 V แต่ที่ 0.30 A ตก 0.18 V นี่อธิบายเหตุผลว่าทำไมคำว่าแรงดันตกต่ำต้องระบุกระแสด้วย ไม่ได้เสนอว่าความต้านทานจริงคงที่ทุกอุณหภูมิ
หากในแบบฝึกอุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้ความต้านทานสมมูลเป็น 1 Ω ที่กระแส 0.30 A แรงดันตกจะเป็น 0.30 V ความเปลี่ยนนี้อาจทำให้วงจรที่ผ่านตอนโหลดน้อยเริ่มรักษาแรงดันไม่ได้เมื่อต้องจ่ายมากขึ้น ค่าความต้านทานทั้งสองถูกตั้งเพื่อสาธิตเท่านั้น ผู้ใช้ต้องแทนด้วยข้อกำหนดของ LDO จริง ไม่อนุมานอุณหภูมิรอยต่อจากความร้อนที่สัมผัสภายนอก
ตัวอย่างรวมสายและยอดต่ำของริปเปิล
สมมติเป้าหมายเอาต์พุต 3.30 V แหล่งต้นทางต่ำสุด 3.65 V และสายไปกลับรวม 0.20 Ω เมื่อโหลด 0.30 A สายตก 0.06 V หากมีริปเปิลที่ขาอินพุตซึ่งต่ำกว่าค่าเฉลี่ยอีก 0.04 V ค่าต่ำสุดที่ขาอินพุตเป็น 3.65−0.06−0.04 = 3.55 V แรงดันเผื่อต่ำสุดจึงเหลือ 0.25 V ไม่ใช่ 0.35 V จากการเอาแรงดันแหล่งลบเป้าหมายอย่างเดียว
หากข้อกำหนดสมมติที่กระแสและอุณหภูมิหนึ่งต้องการดรอปเอาต์ไม่เกิน 0.18 V จะเหลือส่วนเผื่อ 0.07 V แต่ถ้าเงื่อนไขร้อนต้องการ 0.30 V แรงดันเผื่อ 0.25 V ไม่พอแล้ว ต่างจากความต้องการ 0.05 V ตัวอย่างนี้ไม่ได้รับรองว่าเอาต์พุตต้องยุบตรง 0.05 V เสมอ เพราะขณะหลุดควบคุมกระแสโหลดและพฤติกรรมภาคผ่านอาจเปลี่ยน ต้องดูการทำงานจริงของวงจร
- ต้นทาง
ค่าต่ำสุดเฉลี่ย 3.65 V
- หักทางสาย
0.30 A × 0.20 Ω = 0.06 V
- หักริปเปิลด้านต่ำ
0.04 V → Vin ต่ำสุด 3.55 V
- เทียบเป้าหมาย
3.55 − 3.30 = 0.25 V; ไม่พอหากต้องการ 0.30 V
ข้อมูลสมมติทั้งหมด
ขอบควบคุมแรงดันกับคุณภาพลดริปเปิล
แม้ยังไม่หลุดเกณฑ์ควบคุมระดับเฉลี่ย การลดริปเปิลอาจด้อยลงเมื่อแรงดันเผื่อลดลง เพราะภาคผ่านเหลือความสามารถปรับน้อยลง จึงไม่ควรตั้งเป้าให้ Vin−Vout เท่ากับดรอปเอาต์สูงสุดพอดีแล้วถือว่าคุณภาพสัญญาณทุกด้านเหมือนตอนมีแรงดันเผื่อมาก ต้องอ่านกราฟ PSRR และเงื่อนไขการทดสอบร่วมกับเกณฑ์ระดับเอาต์พุต
หากอยู่ในดรอปเอาต์จริง วงป้อนกลับไม่สามารถแก้การลดอินพุตต่อได้ตามเดิม ส่วนที่ยังกรองอยู่จากองค์ประกอบพาสซีฟไม่เท่ากับความสามารถควบคุมของ LDO ที่ทำงานปกติ การเห็นเอาต์พุตยังมีแรงดันจึงไม่พอเรียกว่าคุมไฟแล้ว ควรตรวจทั้งระดับเฉลี่ย ริปเปิล และการเปลี่ยนตามอินพุตโดยรักษาโหลดในเงื่อนไขที่ทราบ
ออกแบบการทดสอบให้แยกสาเหตุแรงดันยุบ
วัด Vin ที่ขา LDO กับ Vout ที่จุดเดียวกันของกราวด์ในช่วงเวลาตรงกัน ไม่ใช้หน้าปัดแหล่งจ่ายแทนค่า Vin โดยเฉพาะสายยาว ค่อย ๆ เปลี่ยนแรงดันต้นทางภายในขอบเขตของอุปกรณ์และติดตามกระแสโหลด เมื่อเอาต์พุตเริ่มตามอินพุต ให้ตรวจว่ายังไม่ชนขีดจำกัดกระแสหรือการป้องกันความร้อน ซึ่งอาจทำให้แรงดันยุบคล้ายกันได้
การเพิ่มอุณหภูมิต้องอยู่ในวิธีทดสอบที่ควบคุมได้และไม่เกินข้อกำหนด ไม่ทำให้ชิ้นส่วนร้อนด้วยการลัดวงจรเพื่อพิสูจน์ดรอปเอาต์ หากเปรียบเทียบสองกระแสควรรอให้สภาพความร้อนนิ่งหรือบันทึกช่วงเวลาให้ชัด มิฉะนั้นผลของกระแสกับอุณหภูมิจะปนกัน การคำนวณในบทใช้เพื่อเตรียมช่วงทดสอบ ไม่ใช่แทนการตรวจพิกัดของบอร์ด
รายงานแรงดันเผื่อที่ขา ไม่ใช่ที่ต้นสาย
บันทึกเป้าหมาย 3.30 V ค่าอินพุตต่ำสุดที่ขา 3.55 V แรงดันเผื่อ 0.25 V และข้อกำหนดสมมติที่นำมาเทียบ พร้อมกระแสกับอุณหภูมิ หากต้องเพิ่มแรงดันต้นทางเพื่อให้เผื่อมากขึ้น ให้ประเมินกำลังสูญเสียของ LDO เพิ่มด้วย การแก้ดรอปเอาต์ด้วยแรงดันสูงขึ้นอาจย้ายปัญหาไปที่ความร้อน จึงควรดูทั้งช่วงการทำงานร่วมกัน
ภาพตัวอย่างแยกการหักแรงดันสายและริปเปิลทีละขั้นเพื่อป้องกันการนับซ้ำ หากตัวเลข 3.65 V เป็นค่าต่ำสุดที่ขาอยู่แล้ว ก็ห้ามหักผลสายและริปเปิลซ้ำอีกครั้ง การระบุจุดและความหมายของแต่ละค่าจึงสำคัญพอ ๆ กับสูตร ส่วนคำว่าผ่านหรือไม่ผ่านในบทอ้างถึงแบบฝึก ไม่ใช่เกณฑ์รับงานของรถหรือผลิตภัณฑ์ใด
