作者：Glenn Morita 低壓差穩壓器(LDO)看似簡單，但可提供重要功能，例如將負載與不干凈的電源隔離開來或者構建低噪聲電源來為敏感電路供電。 本簡短教程介紹了一些常用的LDO相關術語，以及一些基本概念，如壓差、裕量電壓、靜態電流、接地電流、關斷電流、效率、直流輸入電壓和負載調整率、輸入電壓和負載瞬態響應、電源抑制比(PSRR)、輸出噪聲和精度。同時，為了方便理解，文中采用了示例和插圖。 設計過程中通常到后期才會進行LDO選型，并且很少進行分析。本文所述的概念將使設計人員能夠根據系統要求挑選最佳的LDO。 壓差 壓差(VDROPOUT)是指輸入電壓進一步下降而造成LDO不再能進行調節時的輸入至輸出電壓差。在壓差區域內，調整元件作用類似于電阻，阻值等于漏極至源極導通電阻(RDSON)。壓差用RDSON和負載電流表示為： VDROPOUT = ILOAD × RDSON RDSON包括調整元件電阻、片內互連電阻、引腳電阻和線焊電阻，并可通過LDO的壓差進行估算。例如，采用WLCSP封裝時，ADP151在200 mA負載下的最差情況壓差為200 mW，因此RDSON約為1.0 Ω。圖1所示為LDO的原理示意圖。在壓差模式下，可變電阻接近于零。LDO無法調節輸出電壓，因此輸入電壓和負載調整率、精度、PSRR和噪聲等其他參數都沒有意義。 圖1. LDO的原理示意圖 圖2顯示了3.0 V ADM7172 LDO的輸出電壓與輸入電壓之間的關系。2 A時的壓差通常為172 mW，因此RDSON約為86 mΩ。壓差區域從約3.172 V的輸入電壓下降到2.3 V。低于2.3 V時，該器件不能正常工作。負載電流越小，壓差也會按比例下降： 在1 A時，壓差為86 mV。低壓差可最大程度地提高調節器的效率。 圖2. 3.0 V ADM7172 LDO的壓差區 裕量電壓 裕量電壓是指LDO滿足其規格所需的輸入至輸出電壓差。數據手冊通常將裕量電壓作為指定其他參數時所用的條件。裕量電壓通常約為400 mV至500 mV，但有些LDO需要高達1.5 V的裕量電壓。裕量電壓不應與壓差混淆，因為只有當LDO在壓差模式下工作時這兩者才相同。 靜態電流和接地電流 靜態電流(IQ)是指當外部負載電流為零時為LDO的內部電路供電所需的電流。它包括帶隙基準電壓源、誤差放大器、輸出分壓器以及過流和過溫檢測等電路的工作電流。靜態電流由拓撲結構、輸入電壓和溫度確定。 IQ = IIN（空載時） 當輸入電壓在2 V和5.5 V之間變化時，ADP160 LDO的靜態電流幾乎恒定不變，如圖3所示。 圖3. ADP160 LDO的靜態電流與輸入電壓之間的關系 接地電流(IGND)是指輸入電流與輸出電流之差，并且必然包括靜態電流。低接地電流可最大程度地提高LDO效率。 IGND = IIN – IOUT 圖4顯示了ADP160 LDO的接地電流變化與負載電流之間的關系。 圖4. ADP160 LDO接地電流與負載電流之間的關系 對于高性能CMOS LDO，接地電流通常遠小于負載電流的1%。接地電流隨負載電流的增加而增加，因為PMOS調整元件的柵極驅動必須增加，以補償因其RON引起的壓降。在壓差區域內，在驅動器級開始飽和時，接地電流也會增加。對于要求具有低功耗或小偏置電流的應用而言，CMOS LDO至關重要。 關斷電流 關斷電流是指輸出禁用時LDO消耗的輸入電流。參考電路和誤差放大器在關斷模式下都不上電。較高的漏電流會導致關斷電流隨溫度升高而增加，如圖5所示。 圖5. ADP160 LDO關斷電流與溫度之間的關系 效率 LDO的效率由接地電流和輸入/輸出電壓確定： 效率 = IOUT/(IOUT IGND) × VOUT/VIN × 100% 若需獲得較高的效率，必須最大程度地降低裕量電壓和接地電流。此外，還必須最大程度地縮小輸入和輸出之間的電壓差。輸入至輸出電壓差是確定效率的內在因素，與負載條件無關。例如，采用5 V電源供電時，3.3 V LDO的效率從不會超過66%，但當輸入電壓降至3.6 V時，其效率將增加到最高91.7%。LDO的功耗為(VIN – VOUT) × IOUT。 直流負載調整率 負載調整率衡量LDO在負載條件變化時仍保持額定輸出電壓的能力。負載調整率定義如下（如圖6所示）： 負載調整率 = ΔVOUT/ΔIOUT 圖6. ADM7172 LDO輸出電壓和負載電流之間的關系 直流輸入電壓調整率 輸入電壓調整率是衡量LDO在輸入電壓變化時仍保持規定輸出電壓的能力。輸入電壓調整率定義為：