LDO線性穩壓器

LDO 是一種線性穩壓器。在線性區域運行的晶體管或 FET，過度電壓從應用的輸入電壓中減去，產生調整后的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓保持在額定值上下 100mV 輸入電壓與輸出電壓差的較小值。

正輸出電壓LDO(低壓降)穩壓器通常使用功率晶體管(也稱傳輸設備)作為 PNP。晶體管允許飽和，因此穩壓器可以有非常低的壓降電壓，通常是 200mV 左右；相比之下，使用 NPN 傳統的復合電源晶體管線性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為其傳輸設備，其運行模式和正輸出 LDO 的 PNP設備類似。

更新開發使用 CMOS 能提供較低壓降電壓的功率晶體管。CMOS，通過穩壓器的唯一電壓降是電源設備的負載電流 ON 電阻。假如負載較小，這樣產生的壓降只有幾十毫伏。

LDO低壓差線性穩壓器的結構主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、能量電路、調整元件、參考源、誤差放大器、反饋電阻網絡和保護電路?；竟ぷ髟砣缦拢合到y電源，如果能量腳高，電路開始啟動，恒流源電路偏置整個電路，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入上升，當輸出即將達到規定值時，反饋網絡獲得的輸出反饋電壓也接近參考電壓值，誤差放大器放大輸出反饋電壓與參考電壓之間的誤差信號，然后通過調整管放大到輸出，形成負反饋，確保輸出電壓穩定在規定值上，如果輸入電壓或輸出電流發生變化，閉環電路將保持輸出電壓不變，即：Vout=（R1 R2）/R2 &TImes;Vref

實際的低壓差線性穩壓器還具有負載短路保護、過壓關閉、過熱關閉、反保護等功能。

二、LDO原理分析

根據調整管的工作狀態，我們經常將穩壓電源分為線性穩壓電源和開關穩壓電源兩類。此外，還有一個使用穩壓管的小電源。線性穩壓電源是指在線狀態下調整管的直流穩壓電源。開關電源不同，開關管在開關狀態下工作。簡要介紹以下分類：

NPN穩壓管：內用一個PNP控制達林頓調整管。LDO穩壓管：調節管是一種PNP管。

Squasi-LDO：由一個調整管PNP管控制一個NPN管 LDO（low drop output）低壓差線性穩壓器

LDO工作原理是通過反饋調整MOSFET的Vsd壓降保持輸出電壓不變。輸出電壓紋波小，電流小RF電壓要求高的電路，如模塊或音頻模塊。其特點是成本低，噪音低。缺點是效率低，輸出電流小，只能用于降壓。必須注意的是，負反饋必須用于穩定電路。

下面這是LDO S-1167 Series基本原理圖。

該電路主要由串聯調節管、取樣電阻和比較放大器組成。取樣電壓加在比較放大器的同相輸入端，加在反相輸入端的基準電壓Uref相比之下，兩者之間的差值是放大器A放大后，控制串聯調節管的壓降，穩定輸出電壓。輸出電壓時Uout當降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，與放大器輸出的驅動電流相比，串聯調整管壓降降降低，從而增加輸出電壓。相反，如果輸出電壓Uout超過所需的設定值，比較放大器輸出的前驅動電流降低，從而降低輸出電壓。在供電過程中，輸出電壓連續校正，調整時間僅限于比較放大器和串聯調整管回路的響應速度。環內的負反饋總是迫使比較放大器調整輸入兩端的電壓。

穩壓管的另一個重要指標是穩定性。在我們的設計線路中，我們經?？吹捷敵龆擞写蟠笮⌒〉碾娙萜?。它的作用是什么？以下是穩壓管的反饋和電路穩定性的具體分析。上述三種穩壓管：

1、NPN穩壓管

例如：LM340 LM317 老三端穩壓管

2、LDO穩壓管

例如：S-1167 Series

3、準LDO穩壓器

三種穩壓器較大的區別在于壓降和接地引腳電流。NPN和準LDO的穩壓管在調整管上稍微復雜點，所以壓降也大些。達林管的增益很高，所以只需要很小的電流就可以驅動，準LDO也是這樣，IGND很小。PNP管道的放大系數一般為15-20，LDO的IGND電流可達負載電流的7%。NPN穩壓管較大的優點是無條件穩定(大部分不需要外接電容)，LDO為了減少電路帶寬，提供一些正相位補償，需要在輸出端添加電容。

所有穩壓器都使用負反饋電路來保持輸出電壓的穩定性。但反饋信號在通過電路后會有一定的增益和相位變化。如果反饋信號相位變化為180度，則負反饋將成為正反饋，導致輸出不穩定。因此，反饋信號需要至少20度，以確保電路的穩定性。（相位裕度定義為電路總相位偏移和-180度的差）。

三、LDO的相關參數

1、輸出電壓（Output Voltage）

輸出電壓是低壓差線性穩壓器較重要的參數，也是電子設備設計師在選擇穩壓器時應考慮的第一個參數。低壓差線性穩壓器有兩種類型：固定輸出電壓和可調輸出電壓。固定輸出電壓穩壓器使用方便，由于輸出電壓由制造商精確調整，穩壓器精度非常高。但設定的輸出電壓值為常用電壓值，不能滿足所有應用要求，但外部元件值的變化會影響穩定精度。

2.較大輸出電流（Maximum Output Current）

電氣設備的功率不同，穩壓器輸出的較大電流也不同。通常，輸出電流越大，穩壓器的成本就越高。為了降低成本，在由多個穩壓器組成的供電系統中，應根據各部件所需的電流值選擇合適的穩壓器。

3.輸入輸出電壓差（Dropout Voltage）

輸入輸出電壓差是低壓差線性穩壓器較重要的參數。電壓差越低，線性穩壓器的性能就越好。5.0V輸入低壓差線性穩壓器5.5V電壓可以穩定輸出電壓5.0V。4．接地電流（Ground Pin Current）

接地電路IGND是指串聯調整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態電流，但是采用PNP當晶體管串聯調整管元件時，這種習慣是不正確的。低壓差穩壓器的接地電流通常很小。5.負載調節率（Load RegulaTIon）

負載調節可以通過圖表進行2-1和式2-1來定義，LDO的負載調整率越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強。

其中Vload—負載調整率 I x—LDO較大輸出電流

Vt—輸出電流為I x時，LDO輸出電壓 Vo—輸出電流為0.1mA時，LDO的輸出電壓

V—負載電流分別為0.1mA和I x輸出電壓差 6。線性調節率（Line RegulaTIon）

通過圖可以通過線性調節率2-2和式2-2來定義，LDO線性調整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓的影響越小，LDO性能越好。

Vline—LDO線性調整率 Vo—LDO名稱輸出電壓 V x—LDO較大輸入電壓

V—LDO輸入Vo到V x 7.電源抑制比（PSSR）

LDO許多干擾信號往往存在于輸入源中。PSRR反映了LDO抑制這些干擾信號的能力。

四、LDO用途及注意事項

低壓差線性穩壓器的典型應用如圖所示3-1所示。圖3-1（a）所示電路是較常見的AC/DC電源、交流電源電壓通過變壓器轉換為所需電壓，整流后轉換為直流電壓。在電路中，低壓差線性穩壓器穩定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產生的交流噪聲。

各種電池的工作電壓在一定范圍內發生變化。為了保證電池組輸出的恒定電壓，壓差線性穩壓器通常應連接到電池組輸出端，如圖所示3-1（b）所示。低壓差線性穩壓器功率低，可延長電池使用壽命。同時，由于低壓差線性穩壓器的輸出電壓接近輸入電壓，當電池接近放電時，仍能保證輸出電壓的穩定性。

眾所周知，開關穩壓電源效率高，但輸出紋波電壓高、噪聲大、電壓調節率差，尤其是模擬電路供電時。在開關穩壓器輸出端連接低壓差線穩壓器，如圖所示2-3（c）因此，有源濾波可以實現，輸出電壓的穩壓精度也可以大大提高，電源系統的效率也不會顯著降低。

在某些應用中，例如，無線電通信設備通常只有一個足夠的電池供電，但各部分的電路通常使用不同的相互隔離電壓，因此必須由多個穩壓器供電。為了節省共電池的功率，低壓差線性穩壓器通常希望在設備不工作時在睡眠狀態下工作。因此，線性穩壓器需要有一個能量控制端。單組電池供電的多路輸出和具有開關控制功能的供電系統如圖所示3-1（d）所示。