LDO線性穩(wěn)壓器的工作原理及選型參數(shù)

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)終端對電壓要求較高，需要對AC/DC轉(zhuǎn)換器、蓄電池、鋰離子電池的輸出電壓進(jìn)行精確調(diào)整后，才能為MCU、FPGA、ASIC等供電，這就需要諸如LDO線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Linera Regulator)之類的穩(wěn)壓器件。

LDO技術(shù)原理

LDO是線性穩(wěn)壓器的一種，也是應(yīng)用最廣泛的一種穩(wěn)壓器件。

線性穩(wěn)壓器內(nèi)部由調(diào)整管、取樣電阻、比較放大器組成。這里的調(diào)整管采用了在線性區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或FET，其原理是從輸入電壓中去除超額的電壓，產(chǎn)生一個經(jīng)過調(diào)整的輸出電壓。

LDO原理圖

正輸出電壓的LDO(低壓降)穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設(shè)備)作為PNP，這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為200mV左右。使用NPN復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為2V左右。負(fù)輸出LDO使用NPN作為傳遞器件，其運行模式與正輸出LDO的PNP器件類似。

LDO線性穩(wěn)壓器提供極低壓差，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)和出色的線路和負(fù)載調(diào)整特性，并具有在有線/無線和音頻系統(tǒng)、FPGA/DSP/μC電源，以及RF和儀器儀表領(lǐng)域的最終應(yīng)用中增加性能價值的功能。

LDO分類

按應(yīng)用，我們可將LDO線性穩(wěn)壓器劃歸分立式調(diào)整元件線性穩(wěn)壓器(LDO)、LDO+、負(fù)線性穩(wěn)壓器(LDO)、正線性穩(wěn)壓器(LDO)四種。

分立式調(diào)整元件線性穩(wěn)壓器用于高電流、低壓差和快速瞬態(tài)響應(yīng)應(yīng)用，是一種超低成本解決方案。與外部調(diào)整元件配合使用時，分立式調(diào)整元件線性穩(wěn)壓器為唯一易于使用的器件，可作為開關(guān)穩(wěn)壓器的實用替代器件，提供相當(dāng)?shù)男市阅懿⒐?jié)省可觀的成本。

LDO+在基本線性穩(wěn)壓器性能基礎(chǔ)上，還具有其他功能和特性，如電壓、電流和溫度監(jiān)控等高級功能，有助于提供診斷信息。此外，可編程限流、有源輸出放電或控制上游電源等特性進(jìn)一步提高了LDO+設(shè)計的靈活性。

帶可編程限流的36V/600mA負(fù)線性LDO穩(wěn)壓器

負(fù)線性穩(wěn)壓器(LDO)具有附加功能，適合噪聲敏感型應(yīng)用。這些負(fù)線性穩(wěn)壓器具有超低噪聲、超高PSRR和緊湊型封裝尺寸以及極寬的輸入電壓范圍。

正線性穩(wěn)壓器(LDO)具有極低壓差、快速瞬態(tài)響應(yīng)和出色的線路和負(fù)載調(diào)整特性以及極寬的輸入電壓范圍，輸出電流范圍為100mA至10A，提供單個和多個輸出，適用于低壓、敏感電子產(chǎn)品或惡劣的工作環(huán)境。

參數(shù)說明

選擇LDO時，主要考慮輸入電壓Vinmax、Vinmin，輸入電流(Isupply)，輸出電流(Output Current)，輸出電壓(Output Voltage)，噪聲(RMS Noise)，壓差(Dropout Voltage)和封裝等參數(shù)，以及地電流、負(fù)載調(diào)整率、線性調(diào)整率、瞬態(tài)響應(yīng)等特性。

LDO選型參數(shù)

1. 壓差(Dropout Voltage)

壓差是LDO的輸入和輸出的電壓差值。在一定的負(fù)載電流下，LDO以最小的輸入電壓維持正常的輸出電壓，此時輸入電壓與輸出電壓的差稱為最小壓差。負(fù)載電流不同，最小壓差也不同。

為保證輸出電壓穩(wěn)定，實際應(yīng)用中需要根據(jù)負(fù)載電流的大小來判斷保證正常的輸出電壓所需的最小壓差。壓差決定了LDO工作電壓范圍，低壓差表示可以接受更低的工作電壓，應(yīng)用在輸入電壓更低的場合，并且降低了耗散功率，提高了效率。

2. 地電流(Ground Pin Current)

接地電流是LDO正常工作時地引腳流過的電流，是LDO工作時自身消耗的電流，也等于輸入電流與負(fù)載電流的差，當(dāng)輸出電流為0時，該電流又稱靜態(tài)電流。

通常來說，地電流會隨著輸入電壓的增大而增大。在電池供電場合，小地電流LDO能夠提高設(shè)備的續(xù)航時間和供電效率。通常地電流與輸入電壓、溫度和負(fù)載電流等有關(guān)。

3. 負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation)

在一定輸入電壓下，隨著負(fù)載電流的變化，LDO的輸出電壓也會有一定的變化。通過負(fù)載調(diào)整率這個參數(shù)我們就能知道LDO在不同的負(fù)載電流下，輸出電壓的變化范圍。所以負(fù)載調(diào)整率表征LDO在負(fù)載變化時，輸出維持穩(wěn)定電壓的一種能力。

在某一恒定的輸入電壓下，可以通過改變負(fù)載電流，測試實際輸出電壓偏離與標(biāo)稱電壓的百分比來得到負(fù)載調(diào)整率。一般來說，LDO負(fù)載調(diào)整率越小，穩(wěn)壓能力越出色。

4. 線性調(diào)整率

在一定負(fù)載電流下，隨著輸入電壓的變化，LDO的輸出電壓也會有一定的變化。線性調(diào)整率表征LDO在輸入電壓變化時，輸出維持穩(wěn)定電壓的一種能力。

通常，LDO線性調(diào)整率越小，則穩(wěn)壓能力越出色。

5. 噪聲(RMS Noise)

對于大多數(shù)LDO器件來說，主要輸出噪聲源為經(jīng)過放大的參考噪聲。雖然總輸出噪聲因器件不同而各異，但一般都是如此。就高性能LDO器件而言，常見的方法是添加一個降噪(NR)引腳，以消除參考噪聲。

6. 瞬態(tài)響應(yīng)

在LDO應(yīng)用中，輸入電壓可能會因為供電設(shè)備的電壓波動而劇烈變化，導(dǎo)致輸出端可能出現(xiàn)輸出負(fù)載的切換，出現(xiàn)某部分負(fù)載啟動或停止等情況。這些情況都會造成LDO輸出電壓產(chǎn)生波動，用戶在選型時可參考LDO的瞬態(tài)響應(yīng)曲線。

一般來說，具有良好瞬態(tài)響應(yīng)的LDO，在輸入電壓或負(fù)載電流在劇烈變化時，LDO的輸出電壓波動幅度很小，恢復(fù)時間也快。

審核編輯：湯梓紅