電源ICを知るための第一歩！ | ③シリーズレギュレーターの効率改善！LDO(Low Drop Out)の仕組み

シリーズレギュレーターの入力電圧(Vin)と出力電圧(Vout)の最小電圧差のことをドロップアウト電圧と呼びます。
  ドロップアウト電圧=Vin - Vout

ドロップアウト電圧は出力電圧、出力電流(Iout)、周囲温度によって変化します。

• 出力電圧が高いほどドロップアウト電圧は小さくなります
• 出力電流が大きいほどドロップアウト電圧は大きくなります
• 周囲温度が高いほどドロップアウト電圧は大きくなります

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  図1　ドロップアウト電圧

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  図2　ドロップアウト電圧 vs Vout

シリーズレギュレータでドロップアウト電圧が小さいものをLDO(Low DropOut)と呼びます。
シリーズレギュレータの損失は(Vin-Vout)×Iout + Vin×消費電流となりますが、(Vin-Vout)×Ioutが大部分を占めます。
そのためLDOを使用し入出力電圧差を小さくすることで損失を減らし効率を上げることができます。

図3のように制御素子(出力ドライバー)がNch MOSFETの場合、ソースがVoutとなります。
図4にようにMOSFETを動作するにはIdsに応じたVgsが必要となります。そのためVoutはゲート電圧-Vgs以上にはできません。
またゲート電圧はVinまでしか上げることができないため、VoutはVin-Vgs以下になります。
そのため、ドロップアウト電圧(Vin-Vout)はVgs以上必要となります。

Vout≦ゲート電圧(Vin) - Vgs
Vin - Vout(ドロップアウト電圧) ≧ Vgs