01 什么是 LDO？

LDO 是一個(gè)首字母縮寫詞，意思是Low Dropout。您也可以將其稱為飽和型或低損耗型線性穩(wěn)壓器。并且它在輸入和輸出電壓之間的低PD（電位差）下工作。

LDO 穩(wěn)壓器只能接受比首選輸出電壓稍大的輸入電壓。這是因?yàn)樵撛O(shè)備是具有可變輸入電壓的降壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。因此，壓差電壓是指連接輸入和首選輸出電壓或電源輸入的最小方差。

此外，不管該器件的低功率效率如何，它都能以約1V的低壓差穩(wěn)定運(yùn)行。線性穩(wěn)壓器還可以提供不同的電壓等級(jí)，輸出穩(wěn)定恒定。

此外，LDO 的輸出電壓與電池的放電、溫度、功率損耗和負(fù)載阻抗無(wú)關(guān)。例如，您的鋰離子電池的輸入電源范圍為 2.7V 至 4.2V。 2.7V 表示完全放電的電池，而 4.7V 表示完全充電的電池。因此，如果您的電池電壓降至 3V 以下，LDO 可以將您的輸出保持在 2.5V。

02 LDO 穩(wěn)壓器的元素是什么？

LDO 的元素或關(guān)鍵組件包括：

誤差放大器

電路圖中的誤差放大器

如果您計(jì)劃設(shè)計(jì) LDO 的誤差放大器，則盡可能降低電流至關(guān)重要。為什么？因?yàn)閭鬏?a target="_blank">晶體管的柵極電容很大。因此，放大器的輸出電阻應(yīng)該很低。

此外，誤差放大器有兩個(gè)輸入。第一個(gè)是分壓器將輸出電壓降低。然后，接下來(lái)是參考電壓。因此，當(dāng)它完成比較兩個(gè)輸入時(shí)，誤差放大器將修改傳輸元件的電阻。

傳遞元素

電路圖中的傳遞元素

誤差放大器驅(qū)動(dòng)反饋回路內(nèi)的通路元件。傳輸元件有助于將電壓從輸入端轉(zhuǎn)移到負(fù)載中。另外，您可以使用 NMOS 和 PMOS 作為 pass 元素。

當(dāng)您仔細(xì)查看電路時(shí)，您會(huì)注意到 Vo(s) 連接到 V1(s)。此外，PMOS 晶體管需要一個(gè)最小電壓才能正確調(diào)節(jié)并保持濕透。

并且最小的漏源電壓V2(s)負(fù)責(zé)提供最小的電壓。但是，需要注意的是，PMOS 傳輸元件不適用于極低電壓器件。

此外，您可以使用 NMOS 晶體管獲得低壓差電壓、輸出和輸入。基于傳輸元件 (NMOS) LDO 的優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)壓器的輸出位于晶體管的源極中。另外，NMOS進(jìn)入源極跟隨器配置。

電壓參考

該元素指的是任何調(diào)節(jié)器的起點(diǎn)，因?yàn)樗O(shè)置了誤差放大器的工作點(diǎn)。此外，您還可以使用帶隙類型的電壓基準(zhǔn)——因?yàn)樗试S在低電源電壓下工作。

輸出電容

強(qiáng)大的輸出電容

在負(fù)載瞬變的情況下，輸出電容器使 LDO 能夠在負(fù)載內(nèi)移動(dòng)電流，從而設(shè)置誤差放大器。

此外，電容器的 ESR 起著重要作用，因?yàn)樗拗屏藦碾娙萜髁魅胴?fù)載的電壓。因此，如果您使用的是具有 ESR 范圍（10 到 300m 歐姆）的 1μF 電容器，則可以使用以下電容器類型：

低 ESR 鉭電容器

陶瓷電容器

聚合物電解電容器

反饋

此元素可幫助您按比例降低輸出電壓。此外，它還允許使用誤差放大器在參考電壓和輸出電壓之間進(jìn)行比較。

03 LDO 的特點(diǎn)

低噪聲穩(wěn)壓器可以輸出穩(wěn)定的電壓。它在不受輸入電壓變化影響的情況下做到這一點(diǎn)。因此，LDO 非常適合為容易產(chǎn)生噪聲的設(shè)備供電。

該設(shè)備需要一些外部組件（電阻器或電容器）。

LDO 具有電流限制功能，可防止系統(tǒng)過(guò)熱。

LDO 具有輸出放電電路，有助于快速放電并將輸出端電壓降至接近 IC GND 的位置。

設(shè)備具有熱關(guān)機(jī)功能，有助于避免損壞和變質(zhì)。

04 LDO 的工作原理是什么？

LDO穩(wěn)壓電路圖

LDO 的主要組件是參考電壓源、傳輸元件和誤差放大器。通路元件是 P 溝道 FET 或 N 溝道。因此，它首先將輸入電壓施加到傳輸元件（N 溝道晶體管）。

然后，晶體管工作在線性區(qū)域以降低輸入電壓。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到輸入電壓達(dá)到首選輸出電壓。此時(shí)，誤差放大器識(shí)別出產(chǎn)生的輸出電壓。之后，誤差放大器會(huì)比較兩個(gè)參數(shù)（輸出和參考電壓）。

此外，誤差放大器會(huì)將 FET 的柵極更改為正確的工作點(diǎn)。因此，它有助于確保輸出具有準(zhǔn)確的電壓。因此，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，誤差放大器會(huì)調(diào)整場(chǎng)效應(yīng)管使其具有恒定的輸出電壓。

當(dāng)操作條件處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生什么？好吧，LDO 將充當(dāng)一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻器。另外，您可以使用其啟用引腳打開(kāi)或關(guān)閉穩(wěn)壓器。此功能可幫助用戶避免在不使用 LDO 時(shí)使用電池。

05 什么時(shí)候使用 LDO？

如果您的輸入電壓范圍較寬，則 LDO 是理想的選擇。但是，必須考慮從電源獲得穩(wěn)定的電壓輸出。此外，您無(wú)需調(diào)整反饋回路中的 PWM 信號(hào)。這是因?yàn)榻M件不需要反饋給開(kāi)關(guān)元件。

當(dāng)您需要系統(tǒng)具有恒定的輸出功率（無(wú)論輸入電壓降如何）時(shí)，您可以使用 LDO。

LDO 還可用于降低輸出以匹配首選輸出電壓。

06 其他高級(jí) LDO 電路

高級(jí) LDO 旨在提供用戶可選擇的參考電壓。該功能使設(shè)備可編程。

通常，LDO 可以將高頻旁路接地。這一切都?xì)w功于與輸出對(duì)角線的并聯(lián)電容器。但電路設(shè)計(jì)人員更注重對(duì)多級(jí)穩(wěn)壓器的輸出進(jìn)行濾波。遺憾的是，他們并不專注于輸入過(guò)濾。

因此，您可以使用 EMI 濾波器來(lái)提升您的 LDO。這樣，您的設(shè)備將符合 EMC/CISPR 標(biāo)準(zhǔn)。有趣的是，這一特性對(duì)于使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生高次諧波至關(guān)重要。

此外，您還可以添加其他必要的方面來(lái)改善系統(tǒng)（模擬和數(shù)字）的配電。

07 選擇 LDO 的重要參數(shù)

以下是選擇 LDO 之前需要考慮的重要參數(shù)：

負(fù)載調(diào)節(jié)

該參數(shù)是指電路在不同負(fù)載條件下保持特定輸出電壓的能力。

負(fù)載調(diào)節(jié) =ΔVout/ΔIout

靜態(tài)電流

靜止是一種休眠狀態(tài)。因此，靜態(tài)電流是指系統(tǒng)在待機(jī)模式下消耗電流。此外，這只發(fā)生在電池連接到您的設(shè)備時(shí)。

瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)描述了負(fù)載電流階躍變化的最高允許輸出電壓差。您也可以調(diào)用線路階躍響應(yīng)。而這個(gè)參數(shù)是下面的函數(shù)：

最大負(fù)載電流（Iout max）

輸出電容的ESR

輸出電容值（Cout）

旁路電容（Cb）

瞬態(tài)響應(yīng)方程為：

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

線路調(diào)節(jié)

線路調(diào)節(jié)是電路在不同輸入電壓下保持特定輸出電壓的能力。并且可以表示為：

線路調(diào)節(jié) =ΔVout / ΔVin

PSRR（電源抑制比）

LDO 的 PSSR 是器件可以丟棄 AC 元件的時(shí)間。交流元件的一個(gè)很好的例子是紋波電壓。所以，你可以用下面的等式來(lái)表達(dá)：

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

08 LDO電路的應(yīng)用

您可以在以下應(yīng)用中使用 LDO 電路：

高效線性電源

電腦

SMPS 后置穩(wěn)壓器和 DC/DC 模塊

無(wú)線和有線通信

汽車應(yīng)用

電池供電設(shè)備

VPP 法規(guī)/PCMCIA VCC

工業(yè)應(yīng)用

數(shù)字核心供應(yīng)

結(jié)束語(yǔ)

LDO 電路在電子工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。畢竟，大多數(shù)電源都需要一個(gè)線性穩(wěn)壓器來(lái)獲得首選電壓。因此，該器件非常適合需要恒定輸出功率而不受輸入壓降影響的項(xiàng)目。

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