电压调整器之LDO低压差线性稳压器

一、 低压差线性稳压器

LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器，使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管（FET），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。

1. 其四大要素为：压差Dropout、噪音Noise、电源抑制比（PSRR）、静态电流Iq

2. 主要构成： 启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。

3、工作原理

LDO基本电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成

系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，未调节的输入电压作为供电电源的电压，基准电压作为误差放大器的负相输入电压，电阻反馈网络将输出电压进行分压并获得反馈电压，此反馈电压输入到误差比较器的同向端，与负向的基准电压进行比较。两电压差值通过误差放大器放大后直接控制功率调整元件的栅极，通过改变调整管的导通状态来控制LDO的输出，即：Vout=(R1+R2)/R2 ×Vref

实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其它的功能。

4、主要参数

 输出电压

 最大输出电流

 电压差

 接地电流，也成为静态电流

 负载调整率（此值越小，LDO抑制负载的能力越强）

 线性调整率（越小，输入电压对输出电压影响越小，LDO性能越好）

 电源抑制比（PSSR）,反映了LDO对干扰信号的抑制能力。

5、优缺点及现状

低压降（LDO）线性稳压器的成本低、噪音低、静态电流小、外接元件也很少，通常只需一两个旁路电容，且具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比PSRR(Power Supply Rejection Ratio)。LDO是一个自耗很低的微型片上系统（SoC）。它可用于电流主通道控制，芯片上集成了具有极低线上导通电阻的MOSFET，肖特基二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路，并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。PG是新一代LDO，具各输出状态自检、延迟安全供电功能，也可称之为Power Good，即“电源好或电源稳定”。 很多LDO仅需在输入端及输出端各接一颗电容即可稳定工作

新的LDO可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA，电压降只有100mV。 LDO线性稳压器有这样的性能提升主要原因：其使用的调整管是用P沟道MOSFET，P沟道MOSFET是电压驱动的，无需电流，降低了器件本身消耗的电流，其上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。；普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。在采用PNP晶体管的电路中，为防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力， 输入和输出之间的电压降不可太低。

6、选择方案

升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

❶当输入电压和输出电压接近时，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。

实例：把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最后10%没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。

❷当输入电压和输出电压不是很接近，考虑开关型的DCDC了，因为LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

7、分类

LDO分为正输出电压的LDO和负输出 LDO。正输出电压的LDO（低压降）稳压器：使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

扩展小课堂：压降电压是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。

8、传统线性稳压器的特点

传统的线性稳压器:一般要求输入电压Uin要比输出电压Uout至少高出2V~3V（如78XX系列的芯片），否则就不能正常工作。但这样的条件太苛刻。如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。其使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。

使用 MOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用 功率MOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

二、 DC-DC转换器

DC-DC直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器，包括LDO。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DC-DC。DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

在这里插入图片描述

三种直流电源调整器特点对比

新一代高性能的电源管理方案将DC-DC变换器与LDO，或者LDO和电荷泵结合起来，克服三者电压调整器的各自缺陷，从而达到低噪声和高效率的组合。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_44006573/article/details/115479388