LDO(Low Drop Out) Voltage Regulator

1. 리니어 레귤레이터란?

들어오는 INPUT 전압을 일정한 전압으로 OUTPUT 해주는 IC 소자이다.

전원회로의 필수적으로 들어가는 소자이다. 이것도 역시 소자이기 때문에 저번에 이야기했던 소자의 필수적 규칙을 따른다. 그 중에 한가지만 이야기 하자면 모든 소자는 DIP 타입과  SMD 타입으로 구분되는데 레귤레이터도 DIP타입과 SMD타입으로 구분되어진다.

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PCB 회로 소자의 공통적인 법칙

우리가 사용하는 마이크로컨트롤러(이하 MCU)의 전원 공급전압 또한 정해져있다.

내가 주로 사용하는 MCU인 ESP32의 예를 들어보자면 3.3V의 전원으로 동작한다.

그러나 우리가 전원 공급을 3.3V만 사용한다면 얼마나 좋을까? USB의 전압만 보더라도 5V에서 동작하니...

그래서 우리는 MCU에게 필요한 전압을 낮춰서 공급해줘야한다. 이럴때 레귤레이터 IC를 사용하게 된다.

뿐만아니더라도 전압을 낮춰줘야하는 경우가 회로에서 많이 필요하다.

실제로 개발보드인 ESP32 Devkit V4의 회로도를 참조해보면 MCU에게 일정한 3.3V전압의 전원을 공급해주는 레귤레이터가 설계되어있다.

2. Vin, Vout, Drop Out, Low Drop Out

Vin은 입력으로 들어오는 전압, Vout은 출력으로 나가는 전압을 의미한다.

당연하게도 5V 레귤레이터 (LM7805, LM2940 <- 아두이노 우노 보드에 쓰임, AMS1117-5V)는 들어오는 전압을 5V로 일정하게 출력해줄 것 이다.

여기서  정리해야 할 것은 Vin - Vout, 즉 입력전압과 출력전압의 차 이다. Vin - Vout의

최소한의 값이 레귤레이터에 정해 져있다. 이 Vin - Vout의 최소한의 값을 DropOut이라고 한다. DropOut의 1V 이하 인 것을 우리는 Low Drop Out Voltage Regulator 라고 하며 줄여서 하드웨어 엔지니어들 사이에서 흔히 LDO라고 부른다.

즉 Dropout 1V인 3.3V 레귤레이터라면, 적어도 4.3V를 입력으로 넣어야 원하는 3.3V를 일정하게 출력할 수 있다. 대부분의 DC 전원을 5V 이상으로 사용하기 때문에 3.3V 리니어 레귤레이터는 문제가 없을 듯 하다.

3. 전력 손실

리니어 레귤레이터의 단점은 Vin - Vout를 모두 열로 발생시킨다. (낭비되는 전력을 열로 소모)

즉 Vin - Vout의 값이 클 수록 낭비되는 전력이 크고 발열이 발생한다.

리니어 레귤레이터의 전력손실 공식은 다음과 같다.

전력손실 = (Vin - Vout) * Iout (출력되는 전류)

4. Positive / Negative 레귤레이터

Positive : 양전압 레귤레이터 (LM78XX 시리즈)

Negative : 음전압 레귤레이터 (LM79XX 시리즈)

5. 입력단과 출력단의 커패시터

전원의 노이즈 평활화를 위해 커패시터를 권장하고 있다. (추천되는 커패시터의 용량은 데이터시트에 나와 있다.) 어디까지나 권장으로 사용하도록 되어있지만 입력단과 출력단에 거의 필수적으로 커패시터가 사용된다.

6. 데이터시트에서 절대최대정격(Absoute Maximum Rating) 반드시 확인 할 것