1 線性調壓器與LDO的介紹

1.1 線性調壓器的工作原理

輸入功率與輸出功率的差值作為損耗耗散在三極管器件上，如圖所示：

三極管工作在線性區，控制電壓降VCE達到電功率的調節

1.2 線性調壓器的優缺點

優點：

非常少的外部元器件

很高的電源抑制比(PSRR)

較低的成本

低噪聲輸出

很小的靜態電流

缺點： 壓降比較大導致效率較低

1.3 線性調壓器與LDO的區別

LDO全稱為Low Drop Out

Drop out voltage(Vdo)是指為了維持穩壓所需要的最小壓降

“LDO”定義沒有特定的數值表征

一般線性調壓器的Drop out voltage電壓在0.5V以下，可稱之為LDO

2 線性調壓器與LDO的拓撲結構

2.1 NPN型線性穩壓器

NPN型線性穩壓器如圖所示：

特點：

高性能

非常低的工作電流

對輸出電容幾乎沒有要求

較高的drop-out電壓(1.5-2.5V)

2.2 PNP-LDO線性穩壓器

PNP-LDO線性穩壓器如圖所示：

特點：

高性能

較低的drop-out電壓(<1V)

較高的靜態電流

工作電流隨著負載增加而增加

2.3 Quasi-LDO線性穩壓器

Quasi-LDO線性穩壓器如圖所示：

特點：

對輸入輸出電容容量要求較低

drop-out電壓比傳統NPN線性穩壓器低

具有比PNP-LDO線性穩壓器更好的負載調整率

2.4 CMOS-LDO線性穩壓器

CMOS-LDO線性穩壓器如圖所示：

特點：

非常低的drop-out電壓

非常低的靜態電流與工作電流

工作電流與負載無關

3 線性調壓器與LDO的參數

3.1 關鍵的DC參數

精度(Accuracy)： 實際輸出電壓值與理論計算輸出電壓值之間多接近的范圍

效率(Efficiency)： LDO的效率相對于開關電源來說是很低的，需要更大的散熱器來幫助耗散熱能，該描述并不完全正確，LDO的效率與工作條件相關。效率計算公式如下：

壓降(Drop-out voltage)： 1、該指標為了維持輸出電壓滿足一定精度要求所需的最低輸入電壓與輸出電壓的差值;2、該電壓只有在輸入電壓逐漸接近輸出電壓的時候才體現出來;3、如果Vin

靜態電流(Quiescent current)： 指穩壓器在無負載情況所需要維持自身正常運作的電流，包含內部控制電路工作電流以及雙極型晶體管所需要的偏置電流

熱相關(Thermal)

3.2 關鍵的AC參數

電源抑制比(PSRR)： 1、PSRR全稱Power Supply Rejection Ratio;2、表征線性穩壓器對于輸入電壓紋波噪聲的抑制能力;3、PSRR受頻率、電壓、負載、外部器件、PCB布局等因素影響。PSRR計算公式如下：

噪聲(Noise)： 1、規定帶寬內的總積分噪聲，用uVrms表示;2、噪聲譜密度曲線，噪聲與頻率的關系;3、通過加入低通濾波可以有效減少輸出噪聲

4 LDO的設計與選擇

4.1 LDO的設計選擇

第一步： 基于輸入電壓與輸出電壓范圍以及負載范圍來確定合適Vdo的LDO方案

第二步： 基于系統對性能的具體要求選擇1、根據噪聲的要求，選擇PSRR，噪聲等相關指標;2、是否有待機功耗，選擇合適靜態電流，工作電流等指標;3、是否有輸出電容類型的要求，如全陶瓷電容等選擇合適拓撲結構

一定要確定LDO封裝是否滿足散熱要求

4.2 Drop-out電壓影響

需要盡量避免設計使得LDO進入Drop-out影響區域

如果過選擇MOS型的LDO，需要考慮RDSON的溫度特性對Drop-out的影響

受Drop-out電壓影響的參數： 當LDO進入Drop-out影響區域時1、PSRR會減小到幾乎為0;2、動態性能變差;3、線性調整率也會超出規格;4、靜態電流會增加;5、輸出效率會提升

4.3 輸出電容影響

對于應用中經常遇到的LDO振蕩問題，幾乎都是由輸出電容引起的，以下為常見的幾種導致振蕩的原因：

ESR太大： 1、比較差的Tantalum電容有較高的ESR;2、通常電解電容在低溫的時候也會有比較大的ESR

ESR太小： 1、很多表貼的陶瓷電容都有非常小的ESR;2、Tantalum，OSCON，SP，POSCAP，film等電容也具有很小的ESR

0.001uF到0.1uF的陶瓷Bypass電容往往也容易導致不穩定

高ESR的影響：

高ESR導致零點移動到較低頻率

導致環路帶寬提升，使得PPWR極點對0dB處的相應具有更大的影響從而導致環路的不穩定性

低ESR的影響：

低ESR使得零點移往高頻處

移往高頻處的零點無法在0dB以上有效抵消功率極點與內部補償極點的影響，從而導致環路的不穩定

4.4 熱設計的參數

LDO熱設計所需要了解的主要參數：

LDO的損耗： 損耗計算公式如下：

LDO的封裝的不同熱阻數據： 熱阻的兩種表達方式1、熱阻Theta;2、熱特征參數Psi。詳細解釋如下所示：

所處的最高環境溫度

LDO的最大推薦工作結溫，LDO熱計算公式如下：

5 LDO測試注意事項

5.1 LDO環路測試

LDO環路測試難點：

LDO環路具有非常高的增益

需要高精度的設備做測試

低頻區域幾乎無法測試準確的增益

LDO環路測試的方法： 1、變壓器;2、高精度信號注入器。為了確保測試準確性，需要兩種方式交叉驗證

5.2 LDO PSRR測試

PSRR測試可以把LDO看作一個濾波器

PSRR測試準備：

需要一個受控紋波源

需要一個合適的緩沖器電路板或放大器源

PSRR測試注意事項： 選擇合適的注入紋波

不能使LDO進入Vdo模式，否則將會使得LDO工作在失控模式

注入紋波不能太小，否則測量精度將變低，一般在200-300mV

輸入電容會衰減高頻紋波，需要盡可能的減小輸入電容

希望本文對大家有幫助，上文若有不妥之處，歡迎指正。