一文解析LDO（工作原理/基本參數(shù)/特性/參考設計）

LDO工作原理

LDO是Low Dropout Regulator的縮寫，意思是低壓差線性穩(wěn)壓器，下面是LDO的內(nèi)部框圖，大致的工作原理就是：參考電壓Vref和反饋電壓FB（VOUT通過兩個電阻分壓）分別接在誤差放大器的反向和正向端，然后輸出誤差量，再通過MOS drive調(diào)整輸出電壓大小，達到輸出穩(wěn)定。當輸出電壓增大時，F(xiàn)B增大，放大器輸出電壓增加，PMOS管的G極電壓增大，Usg減小，PMOS的輸出電流和電壓較小，形成了一個負反饋系統(tǒng)。

LDO典型框圖

LDO基本參數(shù)解釋

輸入電壓：規(guī)定設計輸入電源范圍。

靜態(tài)功耗：英文Quiescent Current，輸出電流為0時的輸入電流，即VOUT空載時輸入電流。好的LDO和差的LDO相比較，是在電源紋波抑制比PSRR差不多的時候，靜態(tài)耗流會更低。

關閉功耗：英文Shut down Current，使能腳拉低，VOUT=0V時，VIN上消耗的電流即為關閉功耗，一般在1uA以內(nèi)，越小越好。

電源紋波抑制比：英文PSRR，這個參數(shù)越大越好，代表抑制輸入紋波的能力越強，一般SPEC給出的是1KHz下的值，?磺68dB@F=1KHz，LDO的最大的優(yōu)點之一是它們能夠衰減開關模式電源產(chǎn)生的電壓紋波，所以一般在100K到1MHz之間的PSRR非常重要，這也是為什么我們經(jīng)?？匆?a target="_blank">DC-DC后面搭配一個LDO使用，敏感的模擬電源AVDD上，如ADC，Camera等，選擇高PSRR的LDO。

輸出電流：設計時預留50%的余量，實際運用過程中，輸出電流的大小和輸入輸出電壓都有關系。

輸出電壓：分為可調(diào)和固定，根據(jù)實際情況選擇在，一般最好選擇固定的。

輸出電壓精度：一般是2%，還有5%的。

耗散功率：使用時LDO的消耗的功耗不能超過這個值，否則LDO可能會損壞。

地電流：英文Ground Current，指的是輸入電流和輸出電流的差值。指的是LDO正常工作狀態(tài)，在特定的負載下，LDO自身消耗的電流。

LDO的一些特性

輸出自放電

帶自放電功能的LDO，能盡快泄放輸出電容上的能量，保證LDO盡快關閉，下次開啟是從0電壓。壞處是如果外部有電壓加到或者串到VOUT上，因為VOUT上的Rdischg電阻，會有一定的耗流產(chǎn)生，確定不會有串電到VOUT上用帶自放電的LDO比較好。

在LDO關閉時，下圖中標注的MOS管會自動打開，VOUT通過Rdischg對地放電，有的LDO框圖中沒有畫這個自放電電阻，但是也是帶自放電功能的，自放電電阻大小可以通過RC放電公式進行計算。

帶自放電的LDO

軟啟動

帶軟啟動的LDO可以有效的控制電流，使輸出較平緩的上升。

實際測試LDO的上電瞬間，VOUT起來是比較平緩的，并沒有電壓過沖。

實測LDO輸出

軟啟動的時間可以依據(jù)下圖測試，TSS是輸入電壓上升到0.5倍到VOUT完全起來的時間間隔。

軟啟動時間定義

LDO效率

LDO效率的計算公式為：

輸入電流等于輸出電流加上靜態(tài)功耗，根據(jù)以上公式，當LDO處在輕載時，IQ就非常重要，IQ越小，效率就越高。

動態(tài)負載調(diào)整（?VOUT）

指的是輸入電壓一定，輸出電壓隨負載電流變化而產(chǎn)生的變化量，當負載電流變化緩慢時，一般LDO能保持LDO恒定不變。當負載電流快速變化時，輸出電壓就會隨之改變。這個輸出電壓的改變量決定了負載瞬態(tài)性能，這個值越小越好。

線性瞬態(tài)響應

在負載一定的時候，輸出電壓隨著輸入電壓改變而產(chǎn)生的變化量。這個值越小越好。

壓差（Dropout Voltage）

指保持電壓穩(wěn)定所需要的輸入電壓和輸出電壓之間的最小差值。當輸入電壓為VIN1，輸出為VOUT1，緩慢降低VIN1，當輸出降低到VOUT1的98%時，此時輸入電壓為VIN2，那么Vdrop=VIN2-VOUT1*98%，Vdrop越小越好，意味著低功耗高效率。

LDO參考設計

輸入輸出電容選擇

現(xiàn)在一般LDO輸入輸出各加一個1UF陶瓷電容即可，可選擇X5R或者X7R，ESR也會影響LDO系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)SPEC來選擇合適ESR的電容。提高輸出電容的容值，可以提高LDO的瞬態(tài)響應性能，缺點是會延長啟動時間。

Layout參考

輸入輸出電容靠近LDO管腳放置，LDO和電容要使用同一銅層鋪地，輸入輸出電容的地環(huán)路要短。

編輯：hfy