LDO基礎(chǔ)知識(shí)

低壓差線性穩(wěn)壓器(以下簡(jiǎn)稱LDO)是一種半導(dǎo)體器件，是在輸入與輸出的電壓差較小的狀態(tài)下也能工作的線性穩(wěn)壓器的統(tǒng)稱。LDO的特點(diǎn)是即使輸入與輸出電壓差很小仍能獲得穩(wěn)定的輸出，因此被廣泛應(yīng)用于電池驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)設(shè)備以及注重低功耗和小型化的應(yīng)用場(chǎng)景中。具體而言，在直接由鋰離子電池驅(qū)動(dòng)電路時(shí)采用LDO就是一個(gè)典型的案例。

本文我們將介紹LDO的工作原理與電路結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的規(guī)范和特性等內(nèi)容，同時(shí)梳理在引入LDO時(shí)需要掌握的要點(diǎn)。

什么是LDO?(定義和基本原理)

LDO是一種即使在輸入電壓與輸出電壓之差(輸入輸出電壓差)較小的情況下，仍能維持一定輸出的線性穩(wěn)壓器。與普通的三端穩(wěn)壓器相比，其顯著特點(diǎn)在于所需輸入電壓的裕量更小。本節(jié)我們將簡(jiǎn)要回顧LDO的定義和歷史背景，并介紹其被眾多設(shè)備廣泛采用的原因。

LDO的含義與由來(lái)(“Low Dropout”的詞源與定義)

LDO是“Low Dropout Regulator”的英文首字母縮寫(xiě)，表示其具有低壓差。壓差是指“維持穩(wěn)定的穩(wěn)壓所需的最小輸入電壓與輸出電壓之差”。一般的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器通常需要比輸出電壓高數(shù)V的輸入電壓，而LDO可將這一差值控制在數(shù)百mV，有些產(chǎn)品甚至可至數(shù)十mV。大多數(shù)LDO內(nèi)部包含通路元件(雙極晶體管或MOSFET)、誤差放大器及保護(hù)電路，能否滿足各項(xiàng)規(guī)格(輸入電壓范圍、輸出電流范圍等)是選型時(shí)的關(guān)鍵考量因素。

例如，在需要3.3V的輸出而輸入僅為4.0V左右的條件下，LDO仍有可能穩(wěn)定工作。這種“低壓差”有助于提高電源效率并減少熱損耗，因此在追求節(jié)能與小型化的設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。

與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的區(qū)別

線性穩(wěn)壓器通過(guò)內(nèi)部的通路元件(晶體管等)將輸入電壓中多余的電壓以熱的形式耗散掉，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器在輸入與輸出電壓差較大時(shí)較易于設(shè)計(jì)，但當(dāng)輸入輸出電壓差變小時(shí)，則難以正常工作。

相比之下，LDO通過(guò)采用在線性(電阻)區(qū)域易于保持低導(dǎo)通電阻的晶體管等方式，使其即使在輸入輸出電壓差很小時(shí)也能工作。具體而言，通過(guò)將雙極晶體管或MOSFET以源極跟隨器或射極跟隨器等結(jié)構(gòu)工作，可以將壓差電壓控制在數(shù)百mV以下。

許多傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器要求輸入電壓比輸出電壓高2V以上，其設(shè)計(jì)是以(輸入電壓 ? 輸出電壓)較大的情況為前提的。而LDO即使在電池驅(qū)動(dòng)等輸入電壓下降的應(yīng)用中，仍易于保持額定輸出直至極限狀態(tài)，因而在節(jié)能與低發(fā)熱等方面具有優(yōu)勢(shì)。

LDO備受關(guān)注的理由(低壓差、低功耗、小型化等)

LDO受到關(guān)注的原因主要有以下幾點(diǎn)：

低功耗 ：壓差電壓越低，浪費(fèi)的功耗就越少。

熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化 ：通過(guò)抑制輸入輸出電壓差，可減少產(chǎn)生的熱量，有時(shí)使用小型散熱片即可。

小型化與電池工作 ：在移動(dòng)設(shè)備等應(yīng)用中，即使電池的電壓下降，仍易于維持工作。

噪聲方面 ：與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比，不易產(chǎn)生高頻噪聲。

因此，LDO被廣泛應(yīng)用于從電池驅(qū)動(dòng)應(yīng)用到通信設(shè)備以及工業(yè)設(shè)備等諸多領(lǐng)域。本節(jié)主要總結(jié)了概念性的理解，后續(xù)章節(jié)將進(jìn)一步詳細(xì)介紹其電路結(jié)構(gòu)和工作原理。

LDO的電路結(jié)構(gòu)和工作原理

LDO在通過(guò)反饋控制來(lái)保持輸出電壓穩(wěn)定方面，與普通的線性穩(wěn)壓器相同。然而，為了將輸入輸出電壓差控制得較小，在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、所用晶體管類型及保護(hù)功能等方面均采取了特殊設(shè)計(jì)。本節(jié)將介紹LDO的主要電路模塊，并闡述其能夠?qū)崿F(xiàn)低壓差的原理。

主要模塊(通路元件、誤差放大器、保護(hù)功能)概述

LDO的結(jié)構(gòu)本身相對(duì)簡(jiǎn)單。通過(guò)組合以下主要模塊來(lái)維持恒定的輸出電壓。

通路元件(Pass Element)

使用雙極晶體管或MOSFET來(lái)控制從輸入到輸出的電流。近年來(lái)，也有很多LDO通過(guò)內(nèi)置電荷泵或控制電路等特殊設(shè)計(jì)，使其即使在較低的柵源電壓下也能驅(qū)動(dòng)。

誤差放大器(Error Amplifier)

監(jiān)測(cè)輸出并與參考電壓進(jìn)行比較，從而控制通路元件。其增益特性與響應(yīng)速度對(duì)精度和瞬態(tài)響應(yīng)有很大影響。

保護(hù)功能

內(nèi)置過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)及反向電流保護(hù)等功能，確保LDO自身的安全性和對(duì)負(fù)載端的保護(hù)。

壓差電壓的原理

LDO特點(diǎn)——壓差電壓的定義為：通路元件在提供電流的同時(shí)能保持正?？刂频淖钚≥斎胼敵鲭妷翰睢＠?，對(duì)于使用PNP晶體管的LDO，其發(fā)射極-集電極間電壓與基極-發(fā)射極間電壓在臨近飽和狀態(tài)工作時(shí)的總和會(huì)決定壓差電壓。其簡(jiǎn)單的模型公式如下所示。

Vdropout≈VCE(sat)+Voverhead

VCE(sat：飽和區(qū)的集電極-發(fā)射極間的電壓

Voverhead (control margin)：誤差放大器為避免通路元件飽和而確保的裕量電壓(用于吸收溫度、工藝偏差以及環(huán)路增益下降的數(shù)十mV級(jí)別)

另一方面，基于MOSFET的LDO則通過(guò)在內(nèi)部巧妙地設(shè)計(jì)柵極控制電路，使其能夠在低壓差區(qū)域內(nèi)驅(qū)動(dòng)P溝道或N溝道的MOSFET。例如，通過(guò)電荷泵等對(duì)柵極電壓進(jìn)行補(bǔ)償，使得即使從外部看到的輸入—輸出電壓差在數(shù)百mV以下也能工作。當(dāng)負(fù)載電流為Iout，MOSFET的導(dǎo)通電阻為RDS(on)時(shí)，可以表示如下(有時(shí)還需加上控制電路所需的最低電壓差。)：

Vdropout=Iout×RDS(on)

雙極型LDO時(shí)

從產(chǎn)品規(guī)格書(shū)或晶體管特性中讀取飽和電壓VCE(sat)。

加上偏置電壓VBE和控制電路的裕量電壓，估算壓差電壓。

MOSFET型LDO時(shí)

假定負(fù)載電流Iout。

確認(rèn)RDS(on)，并通過(guò)Iout × RDS(on)計(jì)算出最小所需壓差。

同時(shí)考慮因柵極驅(qū)動(dòng)電壓而產(chǎn)生的額外裕量，最終求出壓差電壓。

低噪聲設(shè)計(jì)和反向電流保護(hù)的要點(diǎn)

與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比，LDO具有高頻噪聲更少的優(yōu)點(diǎn)。但是，根據(jù)通路元件的選擇及內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的不同，雙極晶體管的基極電流路徑或參考電路的噪聲也可能成為問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的要點(diǎn)如下：

旁路電容器

在參考電路或誤差放大器的電源引腳附近接入小容量電容器，以去除噪聲。

布局優(yōu)化

合理配置輸入輸出電容器，優(yōu)化GND布線，以抑制尖峰和紋波。

反向電流保護(hù)(Reverse Current Protection)

若電流從電池反向流入穩(wěn)壓器，會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作或損壞?？商砑颖Ｗo(hù)二極管或開(kāi)關(guān)器件等進(jìn)行防護(hù)。

LDO的種類和主要參數(shù)

LDO根據(jù)其內(nèi)部所用元件和設(shè)計(jì)思路，可分為多種類型。同時(shí)，在選型時(shí)也存在一些需要共同評(píng)估的參數(shù)。本節(jié)將對(duì)LDO的代表性種類以及評(píng)估其性能時(shí)不可或缺的主要參數(shù)進(jìn)行梳理介紹。

按電壓范圍分類(高電壓和低電壓適用)

LDO的特點(diǎn)是低壓差，但其輸入電壓范圍的跨度較大。例如，既有適用于5V以下工作的電池驅(qū)動(dòng)的低電壓LDO，也有適用于超過(guò)30V或40V高輸入電壓的車載及工業(yè)設(shè)備的LDO。支持高電壓的LDO，其功率晶體管通常具有更高的耐壓和更強(qiáng)的保護(hù)功能。而對(duì)于生成1V左右等超低電壓領(lǐng)域的LDO，其在MOSFET的基礎(chǔ)上對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，從而將壓差降至極限。

低噪聲、低靜態(tài)電流、PSRR、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率

低噪聲和低靜態(tài)電流

低噪聲型

適用于為模擬電路或無(wú)線電路供電等時(shí)，噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響較大的應(yīng)用場(chǎng)景。其設(shè)計(jì)降低了參考電路和誤差放大器的噪聲，并盡量抑制了通路元件的開(kāi)關(guān)噪聲。

低靜態(tài)電流(Iq)型

目的是通過(guò)將待機(jī)時(shí)的消耗電流控制到很小來(lái)延長(zhǎng)電池的驅(qū)動(dòng)時(shí)間。有些產(chǎn)品通過(guò)小容量電容器和簡(jiǎn)化的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，將靜態(tài)電流控制在數(shù)μA以下。

PSRR(Power Supply Ripple Rejection)

PSRR是衡量輸入側(cè)的紋波或噪聲有多大程度傳遞至輸出側(cè)的指標(biāo)。通常以頻率特性表示，尤其在數(shù)十kHz以上的高頻區(qū)間的PSRR備受重視。例如，在音頻電路或高精度模擬電路中，選擇PSRR高的LDO可減少電源噪聲的影響，有助于提高精度。其定義如下：

PSRR(f)=20log10(Vripple,in(f)Vripple,out(f))

數(shù)值越大，表示對(duì)輸入紋波的抑制能力越強(qiáng)。其中，Vripple,in(f)為輸入側(cè)的紋波電壓，Vripple,out(f)為輸出側(cè)殘留的紋波電壓。

過(guò)程計(jì)算示例(PSRR求解思路)

在輸入端施加已知振幅的紋波電壓(例如：10mV峰值)。

測(cè)量輸出端出現(xiàn)的紋波幅度(例如：1mV峰值)。

分別以振幅或RMS進(jìn)行比較，并按如下方式計(jì)算：

PSRR(f)=20log10(10mV1mV)=20log10(10)=20dB

線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率

線性調(diào)整率

表示輸入電壓變化時(shí)輸出電壓的波動(dòng)程度。通常表示如下(常用mV/V或%/V表示)：

Line regulation=ΔVoutΔVin

負(fù)載調(diào)整率

表示負(fù)載電流變化時(shí)輸出電壓的波動(dòng)程度。表示如下(常用mV/mA或%/mA表示)：

Load regulation=ΔVoutΔIout

二者都是量化LDO電壓控制性的指標(biāo)。產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中會(huì)標(biāo)明Max值和typ值?？紤]工作溫度范圍內(nèi)的波動(dòng)情況，并確認(rèn)所實(shí)現(xiàn)的電路是否滿足必要的要求非常重要。

效率和熱設(shè)計(jì)(功耗、發(fā)熱、封裝)

作為線性穩(wěn)壓器的LDO，其基本功耗可用以下公式進(jìn)行估算：

Pdiss=(Vin?Vout)×Iout

這是輸入電源提供的功率與輸出端所用功率之差。

這部分損耗幾乎全部以熱的形式散發(fā)，因此當(dāng)輸入輸出電壓差較大或處理大電流時(shí)，發(fā)熱會(huì)增加，需要考慮散熱器或電路板布線時(shí)的散熱設(shè)計(jì)。

與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器不同，LDO在提升效率方面存在一定局限，但通過(guò)盡可能降低壓差電壓，可以抑制輸入與輸出間的電壓差，從而減少損耗。此外，由于不同封裝的熱阻不同，所以選擇PowerPAD或倒裝芯片等散熱特性優(yōu)良的封裝也至關(guān)重要。

負(fù)載響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)和啟動(dòng)特性

當(dāng)電源負(fù)載發(fā)生瞬時(shí)增減時(shí)或LDO啟動(dòng)時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定程度是設(shè)計(jì)階段需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

負(fù)載響應(yīng)

負(fù)載電流驟變時(shí)輸出電壓波動(dòng)的大小及恢復(fù)所需的時(shí)間。受誤差放大器的速度、輸出電容器的容量和內(nèi)部電阻等因素影響。

瞬態(tài)響應(yīng)

電壓暫時(shí)出現(xiàn)過(guò)沖或下沖的現(xiàn)象。在需要高速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景(如高速數(shù)字電路)中，可能成為大問(wèn)題。

啟動(dòng)特性

LDO在通電時(shí)輸出電壓上升過(guò)程中的動(dòng)作。為避免急劇上升對(duì)負(fù)載造成不良影響，部分產(chǎn)品具有軟啟動(dòng)功能。

近年來(lái)，還出現(xiàn)了將控制IC與周邊電路集成于一體的LDO模塊，這種減少電路板安裝工序和外置元件選型工作量的方法備受關(guān)注。此類模塊型產(chǎn)品的工作范圍和散熱設(shè)計(jì)明確，適合重視開(kāi)發(fā)速度的應(yīng)用場(chǎng)景。

LDO與其他方式的比較及選型方法

除了LDO之外，還有多種電壓調(diào)節(jié)方式，每種方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。本節(jié)將通過(guò)與經(jīng)常被比較的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器進(jìn)行對(duì)比，重新確認(rèn)LDO的特點(diǎn)，并梳理出不同應(yīng)用場(chǎng)景的選型要點(diǎn)。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器 vs LDO(功耗和效率比較)

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)等方式使開(kāi)關(guān)器件高速導(dǎo)通和關(guān)斷，經(jīng)由電感和電容器形成輸出電壓。代表性方式有降壓(Buck)、升壓(Boost)與升降壓兩用(Buck-Boost)等。在晶體管與二極管(或同步整流MOSFET)損耗更小時(shí)流通電流，從而實(shí)現(xiàn)高效率，效率超過(guò)80?90%也并不罕見(jiàn)。

另一方面，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通常需要電感和大容量電容器等外置元件，占用安裝空間且電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。此外，高速開(kāi)關(guān)容易引發(fā)噪聲(EMI)與紋波，因此需考慮通過(guò)屏蔽或優(yōu)化布局予以抑制。

LDO以線性方式控制從輸入電壓至輸出電壓的電力，因此會(huì)產(chǎn)生(Vin – Vout)×Iout所示的損耗，這部分損耗作為熱量被耗散掉。從效率角度比較，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器根據(jù)負(fù)載電流和設(shè)計(jì)的不同，可實(shí)現(xiàn)80%至90%以上的效率，而LDO的效率近似如下：

η≈VoutVin×100%

輸入輸出電壓差越大，效率就越低;但當(dāng)壓差電壓非常小時(shí)，由于(Vin – Vout)本身可以抑制得很小，因此在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)仍可維持一定的效率。此外，LDO具有不易產(chǎn)生高頻噪聲的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其外置元件只需輸入輸出電容器，這使得它安裝簡(jiǎn)單且輸出紋波較小。

總而言之，若存在較大的壓降或更加注重高效率時(shí)，更適合選用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器;而在電壓差較小的環(huán)境或?qū)υ肼暶舾械哪M電路等應(yīng)用中，LDO更為有效。

傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器 vs LDO(與三端穩(wěn)壓器等的區(qū)別)

傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)時(shí)，通常要求輸入電壓留有約2～3V的裕量，并以通路元件在遠(yuǎn)離飽和區(qū)的狀態(tài)下進(jìn)行控制為前提。而LDO則通過(guò)將通路元件的工作點(diǎn)推至接近飽和的狀態(tài)，從而成功地將壓差控制到數(shù)百mV以下。

通路元件的選擇與結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器為實(shí)現(xiàn)控制，通常在基極–發(fā)射極電壓或集電極–發(fā)射極電壓上留出一定裕量;而LDO通過(guò)采用MOSFET使其在柵源電壓較小時(shí)也能工作，或通過(guò)電路設(shè)計(jì)使雙極晶體管也允許在接近飽和狀態(tài)下進(jìn)行控制等，以此降低壓差電壓。

反饋電路的優(yōu)化

傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的控制特性相對(duì)寬松，而LDO則通常通過(guò)優(yōu)化誤差放大器的偏置電壓和內(nèi)部參考源設(shè)計(jì)，確保在較低電壓差下仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。

應(yīng)用領(lǐng)域的差異

傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器多用于將AC適配器等較高的輸入電壓降壓并輕松實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的應(yīng)用場(chǎng)景，而LDO則在電池驅(qū)動(dòng)或使用1～2V低電壓的數(shù)字IC等要求低電壓和低功耗的環(huán)境中更具發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

不同應(yīng)用場(chǎng)景中考慮的LDO選型要點(diǎn)

LDO的主要選型要點(diǎn)如下：

所需的輸入輸出電壓差

當(dāng)電池的終止電壓(最低電壓)接近輸出電壓時(shí)，必須選擇壓差電壓小的LDO。

可容許的發(fā)熱量

由于LDO的(Vin – Vout)× Iout會(huì)轉(zhuǎn)化為熱，因此散熱設(shè)計(jì)和封裝的選擇很重要。

噪聲敏感度

在模擬電路或高頻電路中，PSRR和低噪聲特性尤為重要。

消耗電流

對(duì)于希望盡量降低待機(jī)電流的應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)先選擇低Iq型。

負(fù)載波動(dòng)和響應(yīng)速度

對(duì)于有急劇負(fù)載波動(dòng)的電路，建議選用瞬態(tài)響應(yīng)性能優(yōu)異的LDO。

LDO設(shè)計(jì)和安裝中需掌握的關(guān)鍵要點(diǎn)

在實(shí)際將LDO嵌入電路時(shí)，應(yīng)參考產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中推薦的元件和布局指南，進(jìn)行滿足各項(xiàng)特性的設(shè)計(jì)。本節(jié)將逐步介紹典型的設(shè)計(jì)流程和注意事項(xiàng)。

電路示例和設(shè)計(jì)流程(基礎(chǔ)設(shè)計(jì)～元件選型)

LDO的設(shè)計(jì)流程大致遵循以下步驟：

確認(rèn)輸入輸出電壓范圍

根據(jù)是電池驅(qū)動(dòng)還是AC適配器等，掌握預(yù)期電源的最小和最大電壓。

確認(rèn)所需的輸出電流和負(fù)載特性

掌握最大負(fù)載電流將達(dá)到多少A，并了解瞬時(shí)負(fù)載波動(dòng)幅度。

確認(rèn)LDO候選產(chǎn)品

參考產(chǎn)品規(guī)格書(shū)，尋找滿足壓差電壓、PSRR、消耗電流、保護(hù)功能等要求的產(chǎn)品。

選擇外圍元件

由于輸出電容器的容量和ESR范圍直接關(guān)系到LDO工作的穩(wěn)定性，務(wù)必確認(rèn)制造商的推薦值。

熱設(shè)計(jì)

結(jié)合封裝和安裝條件，計(jì)算(Vin – Vout)× Iout是否在容許范圍內(nèi)。必要時(shí)考慮擴(kuò)大銅箔面積等散熱措施。

外圍元件選型(輸入與輸出電容器、防反向電流二極管等)

LDO的輸出電容器對(duì)于確保相位補(bǔ)償與誤差放大器的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中通常會(huì)寫(xiě)明推薦容量和ESR范圍，若偏離這些范圍，可能導(dǎo)致振蕩或瞬態(tài)響應(yīng)惡化。

輸入電容器用于輔助瞬時(shí)電流供應(yīng)以及抑制輸入電源的紋波。通常采用數(shù)μF的陶瓷電容器，但若預(yù)計(jì)存在較大的負(fù)載波動(dòng)，有時(shí)可追加更大容量的電容器。

防反向電流二極管在存在電池等備份電源時(shí)需要考慮使用。在多電源切換的設(shè)計(jì)中，通常會(huì)加入二極管以防止電流通過(guò)LDO的通路元件發(fā)生反向流動(dòng)。

布局和布線的注意事項(xiàng)(噪聲對(duì)策和GND布線等)

雖說(shuō)LDO基本上噪聲較少，但仍建議在布局時(shí)注意以下事項(xiàng)：

確保最短路徑

將輸入電容器和輸出電容器安裝在LDO引腳附近，以減少不必要的布線電感和寄生電阻。

統(tǒng)一管理GND布線

根據(jù)需要將電源GND和信號(hào)GND分離，防止噪聲混入測(cè)量系統(tǒng)。

確保熱擴(kuò)散

若有散熱焊盤(pán)，應(yīng)在電路板內(nèi)層或背面設(shè)置過(guò)孔，以促進(jìn)散熱。

保護(hù)功能的運(yùn)用和電源時(shí)序(按需簡(jiǎn)要使用)

LDO通常配備過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等安全功能，但重要的是不要過(guò)度依賴這些功能，而應(yīng)評(píng)估實(shí)際環(huán)境中可能出現(xiàn)的過(guò)載程度后進(jìn)行選型。

另外，對(duì)于多電壓的CPU和FPGA等需要多路電源線按順序啟動(dòng)時(shí)，有時(shí)會(huì)使用LDO的使能引腳進(jìn)行時(shí)序控制。結(jié)合延時(shí)電路或微控制器控制，使所需電源適當(dāng)啟動(dòng)，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

LDO的最新技術(shù)動(dòng)向

近年來(lái)，在LDO領(lǐng)域，針對(duì)更嚴(yán)苛的低功耗要求與縮減安裝空間的需求日益增多，以下新的技術(shù)方案?jìng)涫荜P(guān)注。這些技術(shù)通過(guò)實(shí)現(xiàn)“超小容量輸出電容器的適用”和“高速負(fù)載響應(yīng)性能的提升”，正在逐步克服傳統(tǒng)LDO難以應(yīng)對(duì)的難題。

使用很小容量的電容器也能穩(wěn)定工作的技術(shù)

技術(shù)概要

傳統(tǒng)LDO為確保穩(wěn)定工作，通常需要1μF左右的輸出電容器。最近，通過(guò)對(duì)模擬電路寄生分量的徹底優(yōu)化，改進(jìn)誤差放大器和布線，出現(xiàn)了使用nF量級(jí)的電容器也不會(huì)發(fā)生振蕩的控制技術(shù)。

主要優(yōu)勢(shì)

減少元件數(shù)量和安裝空間 ：可大幅減少輸出電容器的容量與數(shù)量

降低成本 ：通過(guò)電容器小型化或數(shù)量削減，有望降低成本

提升可靠性 ：通過(guò)減少汽車與工業(yè)等領(lǐng)域中常用的電容器安裝數(shù)量，降低元件故障風(fēng)險(xiǎn)和安裝不良風(fēng)險(xiǎn)

實(shí)現(xiàn)高速負(fù)載響應(yīng)的技術(shù)

技術(shù)概要

為了在負(fù)載電流急劇變化時(shí)將輸出電壓的波動(dòng)幅度控制在更小范圍，已開(kāi)發(fā)出提升LDO內(nèi)部反饋電路與誤差放大電路速度的技術(shù)。代表性的方法是通過(guò)將控制系統(tǒng)和補(bǔ)償系統(tǒng)分離或組合多級(jí)專用放大器，從而在避免發(fā)生不穩(wěn)定振蕩的前提下，將響應(yīng)速度提升至極限。

主要優(yōu)勢(shì)

提升電源品質(zhì) ：可迅速響應(yīng)數(shù)字IC急劇的消耗電流變化和高精度模擬電路的瞬時(shí)負(fù)載波動(dòng)

優(yōu)化電容器容量 ：即使不采用大容量電容器，也能獲得足夠的響應(yīng)性能，從而提升設(shè)計(jì)靈活性

持續(xù)演進(jìn)與未來(lái)展望

新技術(shù)的結(jié)合

通過(guò)將“適用很小容量的電容器”和“高速負(fù)載響應(yīng)技術(shù)”相結(jié)合，正逐步實(shí)現(xiàn)例如采用nF級(jí)電容器時(shí)，仍可在急劇的負(fù)載波動(dòng)下保持穩(wěn)定輸出的LDO。

應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備等需要兼顧低功耗和小型化的應(yīng)用需求預(yù)計(jì)將持續(xù)增長(zhǎng)。此外，在汽車和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，不僅要求縮小安裝空間，還需實(shí)現(xiàn)更高可靠性(滿足溫度特性和耐壓等安全標(biāo)準(zhǔn))，這使得配備上述先進(jìn)技術(shù)的LDO受到越來(lái)越多的關(guān)注。

各半導(dǎo)體制造商正不斷擴(kuò)充集成了多個(gè)電源線的模塊化LDO以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體節(jié)能的解決方案，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。

總結(jié)

LDO能夠在保持輸入輸出電壓差較小的狀態(tài)下工作，因體積小、低噪聲、節(jié)能而被應(yīng)用于各類設(shè)備。適用于移動(dòng)設(shè)備、車載設(shè)備和工業(yè)設(shè)備等各種領(lǐng)域中需要低功耗和散熱對(duì)策的電路。

LDO基礎(chǔ)要點(diǎn)回顧

定義 ：Low Dropout Regulator是即使輸入輸出電壓差很小也能工作的線性穩(wěn)壓器

電路結(jié)構(gòu) ：通過(guò)通路元件、誤差放大器和保護(hù)功能來(lái)穩(wěn)定輸出電壓，其特點(diǎn)是采用低壓差電壓設(shè)計(jì)

主要參數(shù) ：壓差電壓、PSRR、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率、發(fā)熱和效率、負(fù)載響應(yīng)等是選型時(shí)的重要參數(shù)

比較 ：與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比噪聲更少，與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比可在更低壓差下工作

設(shè)計(jì)和安裝 ：外圍元件選型和布局直接關(guān)系到工作的穩(wěn)定性，同時(shí)需要考慮熱設(shè)計(jì)和保護(hù)功能

未來(lái)趨勢(shì)

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備等電池容量有限卻要求長(zhǎng)續(xù)航的領(lǐng)域不斷增加。在這些領(lǐng)域，超低壓差、超低靜態(tài)電流規(guī)格的LDO需求日益增長(zhǎng)，各制造商正致力于提升其特性。此外，面向車載系統(tǒng)也開(kāi)發(fā)了很多高耐壓LDO，LDO在工業(yè)與汽車領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。

另外，在需要復(fù)雜電源結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，通常會(huì)使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器進(jìn)行初步降壓，然后在最后階段使用LDO來(lái)降低噪聲。由此可見(jiàn)，LDO在電源設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位，未來(lái)在高性能和超低噪聲等方面的技術(shù)演進(jìn)也備受期待。