ldo基礎(chǔ)知識(shí)
ldo基礎(chǔ)知識(shí)
LDO即low dropout regulator，是一種低壓差線性穩(wěn)壓器，是相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)的。那么你對(duì)LDO了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于ldo知識(shí)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
LDO的基本含義
LDO 是一種線性穩(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(guò)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(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(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。
DC-DC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉(zhuǎn)換)，只要符合這個(gè)定義都可以叫DC-DC轉(zhuǎn)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(xiàn)的器件叫DC-DC。
LDO是低壓降的意思，這有一段說(shuō)明：低壓降(LDO)線性穩(wěn)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線性穩(wěn)壓器可達(dá)到以下指標(biāo)：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA(TI的TPS78001達(dá)到Iq=0.5uA)，電壓降只有100mV(TI量產(chǎn)了號(hào)稱0.1mV的LDO)。 LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達(dá)到這個(gè)水平，主要原因在于其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET，而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅(qū)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(dǎo)通電阻的乘積。由于MOSFET的導(dǎo)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(wěn)壓器，可達(dá)到很高的效率。所以，在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)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(wěn)壓器仍然能夠保證電池的工作時(shí)間較長(zhǎng)，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?yàn)閺纳厦娴脑砜梢灾?，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(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高，許多新型DC-DC轉(zhuǎn)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(duì)較高。
近幾年來(lái)，隨著半導(dǎo)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(xiàn)了導(dǎo)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(duì)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(duì)于中小功率的應(yīng)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的區(qū)別
LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，它通常具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比PSRR(Power Supply Rejection Ratio)。
LDO是新一代的集成電路穩(wěn)壓器，它與三端穩(wěn)壓器最大的不同點(diǎn)在于，LDO是一個(gè)自耗很低的微型片上系統(tǒng)(SoC)。它可用于電流主通道控制，芯片上集成了具有極低線上導(dǎo)通電阻的MOSFET，肖特基二極管、取樣電阻和分壓電阻等硬件電路，并具有過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、精密基準(zhǔn)源、差分放大器、延遲器等功能。PG是新一代LDO，具各輸出狀態(tài)自檢、延遲安全供電功能，也可稱之為Power Good，即“電源好或電源穩(wěn)定”。
LDO的結(jié)構(gòu)
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(kāi)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(hào)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(guò)壓關(guān)斷、過(guò)熱關(guān)斷、反接保護(hù)等其它的功能。
LDO的工作原理
電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。
取樣電壓加在放大器A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(guò)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(guò)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輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，實(shí)際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負(fù)載短路保護(hù)、過(guò)壓關(guān)斷、過(guò)熱關(guān)斷、反接保護(hù)等，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用MOSFET。
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