LDO稳压器的工作原理和重要参数

01 什么是 LDO？

LDO 是一个首字母缩写词，意思是Low Dropout。您也可以将其称为饱和型或低损耗型线性稳压器。并且它在输入和输出电压之间的低PD（电位差）下工作。

LDO 稳压器只能接受比首选输出电压稍大的输入电压。这是因为该设备是具有可变输入电压的降压 DC-DC 转换器。因此，压差电压是指连接输入和首选输出电压或电源输入的最小方差。

此外，不管该器件的低功率效率如何，它都能以约1V的低压差稳定运行。线性稳压器还可以提供不同的电压等级，输出稳定恒定。

此外，LDO 的输出电压与电池的放电、温度、功率损耗和负载阻抗无关。例如，您的锂离子电池的输入电源范围为 2.7V 至 4.2V。 2.7V 表示完全放电的电池，而 4.7V 表示完全充电的电池。因此，如果您的电池电压降至 3V 以下，LDO 可以将您的输出保持在 2.5V。

02 LDO 稳压器的元素是什么？

LDO 的元素或关键组件包括：

误差放大器

电路图中的误差放大器

如果您计划设计 LDO 的误差放大器，则尽可能降低电流至关重要。为什么？因为传输晶体管的栅极电容很大。因此，放大器的输出电阻应该很低。

此外，误差放大器有两个输入。第一个是分压器将输出电压降低。然后，接下来是参考电压。因此，当它完成比较两个输入时，误差放大器将修改传输元件的电阻。

传递元素

电路图中的传递元素

误差放大器驱动反馈回路内的通路元件。传输元件有助于将电压从输入端转移到负载中。另外，您可以使用 NMOS 和 PMOS 作为 pass 元素。

当您仔细查看电路时，您会注意到 Vo(s) 连接到 V1(s)。此外，PMOS 晶体管需要一个最小电压才能正确调节并保持湿透。

并且最小的漏源电压V2(s)负责提供最小的电压。但是，需要注意的是，PMOS 传输元件不适用于极低电压器件。

此外，您可以使用 NMOS 晶体管获得低压差电压、输出和输入。基于传输元件 (NMOS) LDO 的优势在于稳压器的输出位于晶体管的源极中。另外，NMOS进入源极跟随器配置。

电压参考

该元素指的是任何调节器的起点，因为它设置了误差放大器的工作点。此外，您还可以使用带隙类型的电压基准——因为它允许在低电源电压下工作。

输出电容

强大的输出电容

在负载瞬变的情况下，输出电容器使 LDO 能够在负载内移动电流，从而设置误差放大器。

此外，电容器的 ESR 起着重要作用，因为它限制了从电容器流入负载的电压。因此，如果您使用的是具有 ESR 范围（10 到 300m 欧姆）的 1?F 电容器，则可以使用以下电容器类型：

低 ESR 钽电容器

陶瓷电容器

聚合物电解电容器

反馈

此元素可帮助您按比例降低输出电压。此外，它还允许使用误差放大器在参考电压和输出电压之间进行比较。

03 LDO 的特点

低噪声稳压器可以输出稳定的电压。它在不受输入电压变化影响的情况下做到这一点。因此，LDO 非常适合为容易产生噪声的设备供电。

该设备需要一些外部组件（电阻器或电容器）。

LDO 具有电流限制功能，可防止系统过热。

LDO 具有输出放电电路，有助于快速放电并将输出端电压降至接近 IC GND 的位置。

设备具有热关机功能，有助于避免损坏和变质。

04 LDO 的工作原理是什么？

LDO稳压电路图

LDO 的主要组件是参考电压源、传输元件和误差放大器。通路元件是 P 沟道 FET 或 N 沟道。因此，它首先将输入电压施加到传输元件（N 沟道晶体管）。

然后，晶体管工作在线性区域以降低输入电压。这个过程一直持续到输入电压达到首选输出电压。此时，误差放大器识别出产生的输出电压。之后，误差放大器会比较两个参数（输出和参考电压）。

此外，误差放大器会将 FET 的栅极更改为正确的工作点。因此，它有助于确保输出具有准确的电压。因此，当输入电压发生变化时，误差放大器会调整场效应管使其具有恒定的输出电压。

当操作条件处于稳定状态时会发生什么？好吧，LDO 将充当一个简单的电阻器。另外，您可以使用其启用引脚打开或关闭稳压器。此功能可帮助用户避免在不使用 LDO 时使用电池。

05 什么时候使用 LDO？

如果您的输入电压范围较宽，则 LDO 是理想的选择。但是，必须考虑从电源获得稳定的电压输出。此外，您无需调整反馈回路中的 PWM 信号。这是因为组件不需要反馈给开关元件。

当您需要系统具有恒定的输出功率（无论输入电压降如何）时，您可以使用 LDO。

LDO 还可用于降低输出以匹配首选输出电压。

06 其他高级 LDO 电路

高级 LDO 旨在提供用户可选择的参考电压。该功能使设备可编程。

通常，LDO 可以将高频旁路接地。这一切都归功于与输出对角线的并联电容器。但电路设计人员更注重对多级稳压器的输出进行滤波。遗憾的是，他们并不专注于输入过滤。

因此，您可以使用 EMI 滤波器来提升您的 LDO。这样，您的设备将符合 EMC/CISPR 标准。有趣的是，这一特性对于使用开关稳压器产生高次谐波至关重要。

此外，您还可以添加其他必要的方面来改善系统（模拟和数字）的配电。

07 选择 LDO 的重要参数

以下是选择 LDO 之前需要考虑的重要参数：

负载调节

该参数是指电路在不同负载条件下保持特定输出电压的能力。

负载调节 =ΔVout/ΔIout

静态电流

静止是一种休眠状态。因此，静态电流是指系统在待机模式下消耗电流。此外，这只发生在电池连接到您的设备时。

瞬态响应

瞬态响应描述了负载电流阶跃变化的最高允许输出电压差。您也可以调用线路阶跃响应。而这个参数是下面的函数：

最大负载电流（Iout max）

输出电容的ESR

输出电容值（Cout）

旁路电容（Cb）

瞬态响应方程为：

ΔVtr, max =(Iout, max / Cout + Cb) Δt1 + ΔVESR

线路调节

线路调节是电路在不同输入电压下保持特定输出电压的能力。并且可以表示为：

线路调节 =ΔVout / ΔVin

PSRR（电源抑制比）

LDO 的 PSSR 是器件可以丢弃 AC 元件的时间。交流元件的一个很好的例子是纹波电压。所以，你可以用下面的等式来表达：

PSRR (dB) =20 log (Vripple (in)/ Vripple (out))

08 LDO电路的应用

您可以在以下应用中使用 LDO 电路：

高效线性电源

电脑

SMPS 后置稳压器和 DC/DC 模块

无线和有线通信

汽车应用

电池供电设备

VPP 法规/PCMCIA VCC

工业应用

数字核心供应

结束语

LDO 电路在电子工业中发挥着重要作用。毕竟，大多数电源都需要一个线性稳压器来获得首选电压。因此，该器件非常适合需要恒定输出功率而不受输入压降影响的项目。

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深圳市晶扬电子有限公司成立于2006年，是国家重点专精特新“小巨人”科技企业、国家高新技术企业、深圳知名品牌、广东省制造业单项冠军产品、深圳市制造业单项冠军企业，知识产权示范企业，建成广东省ESD静电保护芯片工程技术研究中心，荣获中国发明创业奖金奖等。是多年专业从事IC设计、生产、销售及系统集成的集成电路设计公司，在成都、武汉和加拿大设立有研发中心，拥有超百项知识产权和专利，业内著名的“电路与系统保护专家”。为各类电子产品提供全方位、全覆盖的静电保护、高边开关等保护方案。

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