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LDO
來(lái)源：作者：小哈皮日期：0000-00-00 00:00:00點(diǎn)擊：7011次
LDO是low dropout regulator，意為低壓差線(xiàn)性穩壓器，是相對于傳統的線(xiàn)性穩壓器來(lái)說(shuō)的。傳統的線(xiàn)性穩壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5v轉3.3v,輸入與輸出的壓差只有1.7v，顯然是不滿(mǎn)足條件的。針對這種情況，才有了LDO類(lèi)的電源轉換芯片。
LDO的概念
LDO 是一種線(xiàn)性穩壓器。線(xiàn)性穩壓器使用在其線(xiàn)性區域內運行的晶體管或 FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的LDO（低壓降）穩壓器通常使用功率晶體管（也稱(chēng)為傳遞設備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復合電源晶體管的傳統線(xiàn)性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類(lèi)似。
更新的發(fā)展使用 MOS 功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 功率MOS，通過(guò)穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。
DC-DC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉換），只要符合這個(gè)定義都可以叫DCDC轉換器，包括LDO。但是一般的說(shuō)法是把直流變（到）直流由開(kāi)關(guān)方式實(shí)現的器件叫DCDC。
LDO是低壓降的意思，這有一段說(shuō)明：低壓降（LDO）線(xiàn)性穩壓器的成本低，噪音低，靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點(diǎn)。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個(gè)旁路電容。新的LDO線(xiàn)性穩壓器可達到以下指標：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA（TI的TPS78001達到Iq=0.5uA），電壓降只有100mV(TI量產(chǎn)了號稱(chēng)0.1mV的LDO)。 LDO線(xiàn)性穩壓器的性能之所以能夠達到這個(gè)水平，主要原因在于其中的調整管是用P溝道MOSFET，而普通的線(xiàn)性穩壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅動(dòng)的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流；另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)而降低輸出能力， 輸入和輸出之間的電壓降不可以太低；而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。由于MOSFET的導通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。
如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩壓器，可達到很高的效率。所以，在把鋰離子電池電壓轉換為3V輸出電壓的應用中大多選用LDO穩壓器。雖說(shuō)電池的能量最後有百分之十是沒(méi)有使用，LDO穩壓器仍然能夠保證電池的工作時(shí)間較長(cháng)，同時(shí)噪音較低。
如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開(kāi)關(guān)型的DCDC了，因為從上面的原理可以知道，LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。
DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著(zhù)集成度的提高，許多新型DC-DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類(lèi)電源控制器的輸出脈動(dòng)和開(kāi)關(guān)噪音較大、成本相對較高。
近幾年來(lái)，隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來(lái)越小。由于出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次，對于中小功率的應用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開(kāi)關(guān)頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動(dòng)、限流、PFM或者PWM方式選擇等。
總的來(lái)說(shuō)，升壓是一定要選DCDC的，降壓，是選擇DCDC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。
更新的發(fā)展使用 MOS 功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 功率MOS，通過(guò)穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。
DC-DC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉換），只要符合這個(gè)定義都可以叫DCDC轉換器，包括LDO。但是一般的說(shuō)法是把直流變（到）直流由開(kāi)關(guān)方式實(shí)現的器件叫DCDC。
LDO是低壓降的意思，這有一段說(shuō)明：低壓降（LDO）線(xiàn)性穩壓器的成本低，噪音低，靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點(diǎn)。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個(gè)旁路電容。新的LDO線(xiàn)性穩壓器可達到以下指標：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA（TI的TPS78001達到Iq=0.5uA），電壓降只有100mV(TI量產(chǎn)了號稱(chēng)0.1mV的LDO)。 LDO線(xiàn)性穩壓器的性能之所以能夠達到這個(gè)水平，主要原因在于其中的調整管是用P溝道MOSFET，而普通的線(xiàn)性穩壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅動(dòng)的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流；另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)而降低輸出能力， 輸入和輸出之間的電壓降不可以太低；而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。由于MOSFET的導通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。
如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩壓器，可達到很高的效率。所以，在把鋰離子電池電壓轉換為3V輸出電壓的應用中大多選用LDO穩壓器。雖說(shuō)電池的能量最後有百分之十是沒(méi)有使用，LDO穩壓器仍然能夠保證電池的工作時(shí)間較長(cháng)，同時(shí)噪音較低。
如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開(kāi)關(guān)型的DCDC了，因為從上面的原理可以知道，LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。
DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著(zhù)集成度的提高，許多新型DC-DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類(lèi)電源控制器的輸出脈動(dòng)和開(kāi)關(guān)噪音較大、成本相對較高。
近幾年來(lái)，隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來(lái)越小。由于出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次，對于中小功率的應用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開(kāi)關(guān)頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動(dòng)、限流、PFM或者PWM方式選擇等。
總的來(lái)說(shuō)，升壓是一定要選DCDC的，降壓，是選擇DCDC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。
LDO的工作原理
低壓差線(xiàn)性穩壓器(LDO)的基本電路
如圖1-1所示，該電路由串聯(lián)調整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。
取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調整管的壓降，從而穩定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時(shí)，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅動(dòng)電流增加，串聯(lián)調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過(guò)所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過(guò)程中，輸出電壓校正連續進(jìn)行，調整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。
應當說(shuō)明，實(shí)際的線(xiàn)性穩壓器還應當具有許多其它的功能，比如負載短路保護、過(guò)壓關(guān)斷、過(guò)熱關(guān)斷、反接保護等，而且串聯(lián)調整管也可以采用MOSFET。
LDO的工作條件
Vin >= Vdrop + Vout。
且一般需要兩個(gè)外接電容：Cin、Cout，一般采用鉭電容或MLCC。
注意：LDO是穩壓器
且一般需要兩個(gè)外接電容：Cin、Cout，一般采用鉭電容或MLCC。
注意：LDO是穩壓器
LDO的四大要素
壓差Dropout、噪音Noise、共模/紋波抑制比（PSRR）、靜態(tài)電流Iq，這是LDO的四大關(guān)鍵數據。產(chǎn)品設計師按產(chǎn)品負載對電性能的要求結合四大要素來(lái)選擇LDO。
在手機上用的LDO要求盡可能小的噪音（紋波），在沒(méi)有RF的便攜式產(chǎn)品需求靜態(tài)電流小的LDO。
在手機上用的LDO要求盡可能小的噪音（紋波），在沒(méi)有RF的便攜式產(chǎn)品需求靜態(tài)電流小的LDO。
