一、什么是ldo

　　LDO 是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或 FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)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(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設(shè)備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)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(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負(fù)輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出 LDO 的 PNP設(shè)備類似。

　　更新的發(fā)展使用 CMOS 功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 CMOS，通過穩(wěn)壓器的唯一電壓壓降是電源設(shè)備負(fù)載電流的 ON 電阻造成的。如果負(fù)載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

　　LDO低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)主要包括啟動(dòng)電路、恒流源偏置單元、使能電路、調(diào)整元件、基準(zhǔn)源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和保護(hù)電路等。基本工作原理是這樣的：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時(shí)，電路開始啟動(dòng)，恒流源電路給整個(gè)電路提供偏置，基準(zhǔn)源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當(dāng)輸出即將達(dá)到規(guī)定值時(shí)，由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準(zhǔn)電壓值，此時(shí)誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差小信號進(jìn)行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負(fù)反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個(gè)閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：Vout=（R1+R2）/R2 ×Vref

　　實(shí)際的低壓差線性穩(wěn)壓器還具有如負(fù)載短路保護(hù)、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護(hù)等其它的功能。

　　二、LDO原理分析

　　根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。此外，還有一種使用穩(wěn)壓管的小電源。這里說的線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。而在開關(guān)電源中則不一樣，開關(guān)管是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的。簡單介紹下分類：

　　NPN穩(wěn)壓管：內(nèi)部用一個(gè)PNP管控制達(dá)林頓調(diào)整管。 LDO穩(wěn)壓管：調(diào)整管是一個(gè)PNP管。

　　Squasi-LDO：調(diào)整管是由一個(gè)PNP管控制一個(gè)NPN管 LDO（low drop output）低壓差線性穩(wěn)壓器

　　LDO的工作原理是通過反饋調(diào)整MOSFET的Vsd壓降以使輸出電壓不變。輸出電壓紋波小，電流也較小，用于RF模塊或音頻模塊等對電壓要求高的電路。特點(diǎn)是成本低噪音小。缺點(diǎn)是效率低，輸出電流小，只能用在降壓的場合。必須要注意，為了達(dá)到穩(wěn)定的回路就必須使用負(fù)反饋。

　　下面這是LDO S-1167 Series的基本原理圖。

　　該電路主要是由串聯(lián)調(diào)整管、取樣電阻、比較放大器組成。取樣電壓加在比較放大器的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)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(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時(shí)，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動(dòng)電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較放大器和串聯(lián)調(diào)整管回路反應(yīng)速度的限制。環(huán)路內(nèi)的負(fù)反饋總是強(qiáng)制比較放大器調(diào)節(jié)輸入兩端的電壓使其相等。

　　穩(wěn)壓管的另一個(gè)重要的指標(biāo)就是穩(wěn)定性，在我們的設(shè)計(jì)線路中常常看到在其輸出端會(huì)有大大小小的電容，其作用是什幺呢？下面具體分析穩(wěn)壓管的反饋及回路穩(wěn)定性。 前面提到過叁中穩(wěn)壓管：

　　1、NPN穩(wěn)壓管

　　例如：LM340 LM317 比較老的3端穩(wěn)壓管

　　2、LDO穩(wěn)壓管

　　例如：S-1167 Series

　　3、準(zhǔn)LDO穩(wěn)壓器

　　叁種穩(wěn)壓器的最大區(qū)別在于壓降和接地引腳電流。很明顯NPN和準(zhǔn)LDO的穩(wěn)壓管在調(diào)整管上稍微復(fù)雜點(diǎn)，所以壓降也大些。達(dá)林管的增益很高，所以只需要很小的電流就可以驅(qū)動(dòng)，準(zhǔn)LDO也是這樣，IGND很小。PNP管的放大系數(shù)一般是15-20，LDO的IGND電流能達(dá)到負(fù)載電流的7%。 NPN穩(wěn)壓管的最大好處就是無條件的穩(wěn)定（大多數(shù)不需要加外接電容），LDO則需要在輸出端加上電容，以減少回路帶寬及提供些正的相位補(bǔ)償。

　　所有的穩(wěn)壓器都使用負(fù)反饋回路以保持輸出電壓的穩(wěn)定。但反饋信號在通過回路后都有一定的增益和相位變化。如果反饋信號相位有180度變化，負(fù)反饋就會(huì)變成正反饋，造成輸出不穩(wěn)定。因此反饋信號經(jīng)過整個(gè)回路的相位偏移，需要有至少20度的相位裕度，這樣才能保證電路的穩(wěn)定。（相位裕度定義為回路總的相位偏移與-180度的差）。

　　三、LDO的相關(guān)參數(shù)

　　1、輸出電壓（Output Voltage）

　　輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設(shè)備設(shè)計(jì)者選用穩(wěn)壓器時(shí)首先應(yīng)考慮的參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過廠家精密調(diào)整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設(shè)定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應(yīng)用要求，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度。

　　2、最大輸出電流（Maximum Output Current）

　　用電設(shè)備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)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(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。 4．接地電流（Ground Pin Current）

　　接地電路IGND是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時(shí)，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時(shí)也稱為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調(diào)整管元件時(shí)，這種習(xí)慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。 5．負(fù)載調(diào)整率（Load Regulation）

　　負(fù)載調(diào)整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負(fù)載調(diào)整率越小，說明LDO抑制負(fù)載干擾的能力越強(qiáng)。

　　其中Vload—負(fù)載調(diào)整率 Imax—LDO最大輸出電流

　　Vt—輸出電流為Imax時(shí)，LDO的輸出電壓 Vo—輸出電流為0.1mA時(shí)，LDO的輸出電壓

　　V—負(fù)載電流分別為0.1mA和Imax時(shí)的輸出電壓之差 6．線性調(diào)整率（Line Regulation）

　　線性調(diào)整率可以通過圖2-2和式2-2來定義，LDO的線性調(diào)整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。

　　Vline—LDO線性調(diào)整率 Vo—LDO名義輸出電壓 Vmax—LDO最大輸入電壓

　　V—LDO輸入Vo到Vmax‘輸出電壓最大值和最小值之差 7．電源抑制比（PSSR）

　　LDO的輸入源往往許多干擾信號存在。PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。

　　四、LDO的用途以及注意事項(xiàng)

　　低壓差線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用如圖3-1所示。圖3-1（a）所示電路是一種最常見的AC/DC電源，交流電源電壓經(jīng)變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷骸Ｔ谠撾娐分校蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的作用是：在交流電源電壓或負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產(chǎn)生的交流噪聲。

　　各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內(nèi)變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應(yīng)當(dāng)在電池組輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖3-1（b）所示。低壓差線性穩(wěn)壓器的功率較低，因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時(shí)，由于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時(shí)，仍可保證輸出電壓穩(wěn)定。

　　眾所周知，開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時(shí)，將產(chǎn)生較大的影響。在開關(guān)性穩(wěn)壓器輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖2-3（c）所示，就可以實(shí)現(xiàn)有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度，同時(shí)電源系統(tǒng)的效率也不會(huì)明顯降低。

　　在某些應(yīng)用中，比如無線電通信設(shè)備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩(wěn)壓器供電。為了節(jié)省共電池的電量，通常設(shè)備不工作時(shí)，都希望低壓差線性穩(wěn)壓器工作于睡眠狀態(tài)。為此，要求線性穩(wěn)壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統(tǒng)如圖3-1（d）所示。