DC-DCコンバータ｜応用編

LDOリニアレギュレータの並列接続とは

2020.05.26

この記事のポイント

・LDOを並列に接続することで、出力電流を増やしたり許容損失超過を回避したりすることが可能。

・LDOの出力を直接接続するだけでは、正常に負荷分担動作をしないのは、各出力電圧に差があるため。

LDOリニアレギュレータは、リニア方式の降圧型電圧レギュレータの中の低飽和（Low Dropout：LDO）タイプで、単にLDOと呼ばれることも多く現在のリニアレギュレータの主流となっています。設計は簡単で部品点数やサイズ、コスト面でのメリットも多いことから、スイッチングレギュレータが台頭する近年でも、用途に合わせて数多く使用されている電源ICです。

一般的なLDOリニアレギュレータ（以下LDO）の許容損失はせいぜい数W、例えば5V入力の3.3V出力では、出力電流は1A程度といったところで、これを超える要求にはスイッチングレギュレータを用いるといったアプローチが近年は多くなっています。しかしながら、LDOを使いつつ出力電流を増やしたり、許容損失超過を回避したりする方法があります。その1つにLDOの並列接続があります。

LDOリニアレギュレータの並列接続

LDOの並列接続は、手法としてはかなり昔からあるもので、原理的かつ理想的には、例えば1AのLDOを2個並列にすると倍の2Aを得られ、損失を分担する観点からは2個並列で個々の損失は半分になるというものです。

しかしながら、単純にLDOの出力同士を直接接続すると、思惑通りに出力電流の加算や損失の折半といった動作をしません。以下は、出力を直接並列接続した回路例と、各LDOの負荷電流に対する出力電流を示したグラフの例です。VINは5V、VOUTは3.3V、IOUTは1Aが可能なLDOが2個並列に接続されています。原理的な話をすれば、負荷電流ILOADに対して各LDOのIOUTは1/2 ILOADということになりますが、グラフが示す通り、この例では負荷電流のほぼすべてをLDO1が供給し、LDO2はほとんど供給していません。結果としてこの回路では、LDO1がIOUTの供給能力の1Aに達しているので、2個並列であってもこれ以上のIOUTを供給することはできません。

LDOリニアレギュレータの出力を直接並列に接続した回路例。

LDOリニアレギュレータの出力を直接並列に接続した回路での出力電流の分担例。

これは、並列に接続したLDOに出力電圧の差があることに起因しています。LDOは、公称出力電圧値が同じであっても実際の出力電圧には保証値の範囲内でばらつきあります。この例では、LDO1の出力であるVOUT1は3.3165V、LDO2のVOUT2は3.30000Vと、0.0165V＝0.5%の差があります。

電圧値の違うラインを接続すると電圧値の高いラインから電流が流れるのと同様に、出力電圧の異なるLDOの出力を直接接続すると、出力電圧が高い方のLDOから電流が供給されます。この例だとLDO1が出力電流を供給することになり、まさにグラフが示す通りです。一般的にLDOの出力電圧の許容差は公称電圧の±数%で規定されており、現実的に並列接続するLDOの出力電圧が同じであることは望めません。したがって、LDOの並列接続には、並列のLDOが出力電流をうまく分担するような回路の工夫が必要になります。

LDOの並列接続方法としては、ダイオードを使う方法と抵抗を使う方法があり、以降各方法を説明していきます。

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