浅谈LDO的压差和功耗
LDO的工作原理详细分析
LDO的工作原理详细分析[导读]由于便携式设备的发展，人们对电源的要求越来越高，因次以前一直用开的电源目前来说不够用了，这就促使LDO的迅猛发展，今天给大家介绍一下LDO的工作原理。
随着便携式设备（电池供电）在过去十年间的快速增长，象原来的业界标准 LM340 和 LM317 这样的稳压器件已经无法满足新的需要。
这些稳压器使用NPN 达林顿管，在本文中称其为NPN 稳压器（NPN regulators）。
预期更高性能的稳压器件已经由新型的低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（quasi-LDO）实现了。
NPN 稳压器（NPN regulators）在NPN稳压器（图1：NPN稳压器内部结构框图）的内部使用一个 PNP管来驱动 NPN 达林顿管（NPN Darlington pass transistor），输入输出之间存在至少1.5V～2.5V的压差（dropout voltage）。
这个压差为：Vdrop ＝ 2Vbe ＋Vsat（NPN 稳压器）（1）图1LDO 稳压器（LDO regulators）在LDO（Low Dropout）稳压器（图2：LDO稳压器内部结构框图）中，导通管是一个PNP管。
LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降，满载（Full-load）的跌落电压的典型值小于500mV，轻载（Light loads）时的压降仅有10～20mV。
LDO的压差为：Vdrop ＝ Vsat （LDO 稳压器）（2）图2准LDO 稳压器（Quasi-LDO regulators）准LDO（Quasi-LDO）稳压器（图3：准 LDO 稳压器内部结构框图）已经广泛应用于某些场合，例如：5V到3.3V 转换器。
准LDO介于 NPN 稳压器和 LDO 稳压器之间而得名，导通管是由单个PNP 管来驱动单个NPN 管。
因此，它的跌落压降介于NPN稳压器和LDO之间：Vdrop ＝ Vbe ＋Vsat （3）图3稳压器的工作原理（Regulator Operation）所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定（图4：稳压器工作原理图）。
ldo芯片原理
ldo芯片原理LDO芯片（Low-Dropout Regulator Chip）是一种用于电源稳压的集成电路芯片。
它的原理是通过降低输入电压和输出电压之间的压差来实现稳定的电源输出。
LD0芯片在电子设备中广泛应用，例如移动电话、计算机、数字相机等。
LD0芯片的工作原理可以简单地描述为：在输入电压降低时，芯片内部的电路会自动调整以保持输出电压稳定。
当输入电压高于输出电压时，芯片内部的功率晶体管会关闭，从而阻断电流流动，使输出电压稳定在设定的值。
当输入电压降低时，芯片内部的电路会自动调节功率晶体管的导通，使更多的电流通过芯片，以保持输出电压不变。
LD0芯片具有以下几个优点：1.低压差：LD0芯片的压差通常在0.1V以下，这意味着输入电压与输出电压之间的损失非常小。
这对于需要稳定电源的电子设备非常重要，可以有效地降低电源噪声和电源波动。
2.高精度：LD0芯片的输出电压可以非常精确地设定，通常在几个毫伏的范围内。
这对于需要高精度电源的应用非常重要，例如精确测量、模拟电路等。
3.低功耗：LD0芯片的功耗非常低，一般在几微安到几毫安之间。
这对于电池供电的移动设备非常重要，可以延长电池的使用时间。
4.快速响应：LD0芯片具有快速响应的特点，可以在输入电压变化时迅速调整输出电压。
这对于需要快速稳定的电源的应用非常重要，例如无线通信、音频放大器等。
5.过热保护：LD0芯片内部通常集成了过热保护电路，可以在温度超过一定阈值时自动关闭输出，以保护芯片不受损坏。
LD0芯片的应用非常广泛，特别是在移动设备领域。
例如，在智能手机中，LD0芯片可以用于稳定供电给处理器、显示屏等关键部件，以确保设备正常运行。
在计算机中，LD0芯片可以用于稳定供电给内存、处理器等关键电路，以提高系统的稳定性和性能。
在数字相机中，LD0芯片可以用于稳定供电给图像传感器、图像处理器等关键部件，以提高图像质量和拍摄效果。
LD0芯片是一种用于电源稳压的集成电路芯片，通过降低输入电压和输出电压之间的压差来实现稳定的电源输出。
LDO原理及指标介绍
LDO原理及指标介绍直流电分为两大类：线性电源和开关电源。
在实际应用中，总会需要同时用到多个直流电压，这时需要用到电源芯片实现电压的转换。
DC-DC和LDO都可以实现电压的转换，但是二者实现电压转换的方式则有本质不同。
原理差别很大，特性也不一样：LDO简单，功率小，效率低，噪声非常低。
DCDC复杂，功率大，效率高，噪声也很高。
其次，LDO有非常好的噪声隔离作用，具体指标是PSRR，它表示输出噪声对输入噪声的比值。
在一些对噪声敏感的电路中，如ADC，DAC，Camera sensor模拟电压等，必须选择LDO，而且是高PSRR的LDO，而不是DCDC。
一、LDO介绍1.LDO基本原理(输出↑，PMOS压降↓，输出↓，PMOS压降↑。
近似VIN=VMOS+VOUT)LDO是Low Dropout Regulator的缩写，意思是低压差线性稳压器。
低压差是指输入电压-输出电压的值比较低。
传统的线性稳压器压差高达2V，而LDO的压差只有几百mV。
线性是指PMOS基本处于线性工作状态（传统的线性稳压器是PNP原理，也工作在线性放大状态）。
稳压器是指在正常的VIN范围内，输出VOUT都稳定在一个固定值，这个固定值就是我们想要的电压值。
比如VIN是电池电压3~4.4V，VOUT始终保持2.7V输出。
下图是一个简单的LDO原理框图：LDO是一个负反馈系统，当VOUT增大，R2上电压增大，放大器输出电压增大，PMOS的VGS 电压减小，这样PMOS输出电流减小，电压也减小。
所有的LDO都是同样的负反馈原理。
2.LDO关键参数的理解2.1压差（Drop-out Voltage）（PMOS有内阻，压差↑，电流↑，散热↑，效率↓）压差是指保证VOUT输出电压、电流情况下，VIN与VOUT的最小电压差。
这个压差可以理解为LDO输出电流在PMOS上的压降。
PMOS有导通电阻，假设VIN=3.4V，VOUT=3.2V，输出电流300mA，则可以推算出PMOS的内阻是LDO工作必须满足压差要求，但压差不是一个固定值，它与IOUT大小有关。
浅谈低压差线性稳压器(LDO)的压差和功耗
浅谈低压差线性稳压器(LDO)的压差和功耗便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，假如电源系统设计不合理，则会影响到囫囵系统的架构、产品的特性组合、元件的挑选、软件的设计和功率分配架构等。
同样，在系统设计中，也要从节约电池能量的角度动身多加考虑。
例如现在便携产品的处理器，普通都设有几个不同的工作状态，通过一系列不同的节能模式（空闲、睡眠、深度睡眠等）可削减对电池容量的消耗。
即当用户的系统不需要最大处理能力时，处理器就会进入电源消耗较少的低功耗模式。
带有使能控制的低压差线性稳压器()是不错的挑选。
低压差线性稳压器(LDO)的结构主要包括启动、恒流源偏置单元、使能电路、调节元件、基准源、误差、反馈网络，庇护电路等，基本工作原理是这样的：系统加电，假如使能脚处于高电平常，电路开头启动，恒流源电路给囫囵电路提供偏置，基准源迅速建立，输出随着输入不断升高，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也临近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号举行放大，再经调节管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值上；同理假如输入电压变幻或输出变幻，这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：VOUT=（R1+R2）/R2 * Vref产生压差的主要缘由是，在调节元件中有一个P沟道的MOS管。
当LDO 工作时MOS管道通等效为一个电阻，RDS(ON),VDROPOUT = VIN - VOUT = RDS(ON) x IOUTR.由此得出低压差线性稳压器(LDO)的一个重要特性，在输入电压大于最小工作电压和输出电压其标称值范围内，负载电流为零时，输出电压随输入电压的变幻而变幻，这就是LDO的尾随特性，待输出电压达到其标称值后不随输入而变幻，从而达到稳压的目的，这就是LDO的稳压特性。
为圣邦微的SGM2007输入电压和输出电压的曲线。
LDO低压差线性稳压器-知识总结
LDO一.LDO的基本介绍LDO是low dropout regulator, 意为低压差线性稳压器, 是相对于传统的线性稳压器来说的。
传统的线性稳压器, 如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上, 否则就不能正常工作。
但是在一些状况下, 这样的条件明显是太苛刻了, 如5v转3.3v,输入及输出的压差只有1.7v, 明显是不满意条件的。
针对这种状况, 才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO是一种线性稳压器。
线性稳压器运用在其线性区域内运行的晶体管或FET, 从应用的输入电压中减去超额的电压, 产生经过调整的输出电压。
所谓压降电压, 是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压及输出电压差额的最小值。
正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常运用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。
这种晶体管允许饱和, 所以稳压器可以有一个特别低的压降电压, 通常为200mV左右；及之相比, 运用NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。
负输出LDO 运用NPN作为它的传递设备, 其运行模式及正输出LDO的 PNP设备类似。
更新的发展运用 MOS 功率晶体管, 它能够供应最低的压降电压。
运用功率MOS, 通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。
假如负载较小, 这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换）, 只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器, 包括LDO。
但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思, 这有一段说明: 低压降（LDO）线性稳压器的成本低, 噪音低, 静态电流小, 这些是它的突出优点。
它须要的外接元件也很少, 通常只须要一两个旁路电容。
新的LDO 线性稳压器可达到以下指标: 输出噪声30μV, PSRR为60dB, 静态电流6μA（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA）, 电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。
LDO稳压芯片重要测试参数
1 LDO选型关键指标及定义1.1 输入电压范围LDO的输入电压范围决定了最低的可用输入电源电压。
指标可能提供宽的输入电压范围，最小的输入电压VIN必须大于VOUT+VDO。
需要注意，这与器件Datasheet中所给出的输入电压最小值无关。
1.2压差压差指保持电压稳定所需的输入电压和输出电压之间的最小差值。
也就是说，LDO能够在输入电压降低时保持输出负载电压不变，直到输入电压接近输出电压加上压差，在这个点输出电压将“失去”稳定。
压差应尽可能小，以使功耗最小，效率最高。
当输出电压降低到低于标称值 100mV的电压时，通常被认为达到了这个压差。
负载电流和结点温度会影响这个压差。
最大压差值应在整个工作温度范围和负载电流条件下加以规定。
1.3效率在忽略LDO静态电流的情况下，可以采用VOUT/VIN 式子来计算效率。
1.4功耗可以根据公式PD = (VIN - VOUT) * IOUT 计算。
这里PD 与器件封装类型、环境温度（TA）和器件最大结温（TJMAX）密切相关。
如果功率耗散较高，同时又苛求较高的效率，那么应优先考虑选择降压型DC/DC 稳压器。
1.5反向泄漏保护在某些LDO的输出端上的电压高于输入端的电压的特殊应用中，反向泄漏保护可以有效防止电流从LDO的输出端流向输入端。
如果忽视这点,这种反向泄漏会损坏输入电源，特别是当输入电源为电池的时候，尤其需要重视。
1.6接地（静态）电流静态电流Iq就是输入电流Iin和负载电流IOUT之间的差值，在规定的负载电流条件下测量。
对于固定电压稳压器，Iq等于接地电流Ig。
对于可调稳压器，静态电流等于接地电流减去来自外部分压电阻网络中的电流。
1.7关断电流关断电流指设备禁用时LDO消耗的输入电流，对便携LDO来说通常低于1.0 µA。
这个指标对于便携设备关机时长待机期间的电池寿命来说很重要。
1.8输出电压精度ADI公司的LDO具有很高的输出电压精度，在工厂制造时就被精确调整到±1%之内（25℃）。
LDO,功耗计算
简短的说明一下LDO的功耗计算，算是定量分析：前面看到EDN的文章有很多，大致回顾一下LDO的分类：LDO功耗分成两个部分，漏电流功耗和供电电流引起的功耗，计算方法和原理如下:接下来我们要定义一个接受标准按照汽车电子的要求，电压可以分为三种9~16V 正常电压范围，在这个范围内，环境温度按照模块的定义，一般认为-40~85DegC。
我们在这个温度，在16V(电压越高，功耗也越大)能够接受的结温其实不能定义为150度，如果温度接近150度，等于LDO在最坏情况下，每时每刻都工作在满负荷下，这样基本用个几个月就挂了，突然增加个负荷，LDO就烧毁了，这是我们无法接受的。
16~18V 过压状态。
这个状态下是ISO16750规定的，在这种状态下，结温150度是可以接受的，因为毕竟已经是错误状态了。
环境温度和上面温度是一样的。
24V 上电超压（Jump start），这个要求比较特殊，我们只需要在55摄氏度时候衡量此时功耗的情况，这个功耗看上去比较恐怖，不过此时很多负荷没有工作，所以也需要校核这个状态的情况。
在参数层面，I.Q为所有VCC系统的耗电，一般来说就是单片机的供电电流不太好算，不过后面会介绍这个算法的，大概把工作频率作为一个参数，得到工作电流+IO出入电流。
I.q静态电流，这个电流其实和I.Q是相关的，和输入电压也是相关的。
简单的方法就是直接套最大值：（一定要注意看测试数据的温度范围，不要用常温的就搞大了）VCC输出电压：这个直接下表格就可以得到，注意温度范围和负载电流。
另外一个重要的参数就是热阻了，不同封装不一样，简单方法就是看数据：如果实际PCB空间有限，可以折算一下，根据图表得出数据如果需要很准确的知道Iq，那么就需要找出几个图表Iq和IQ的曲线（一般是给出25degC）Iq和输入电压的关系（25degC）然后根据这两个图表得出，当前输入电压和输出电流条件下，典型值的Iq，给它加上一个比例就可以估算出相对精确一些的Iq。
ldo的原理和应用
LDO的原理和应用1. 什么是LDO？LDO（Low Dropout）是一种低压差稳压器件，用于将高电压转换为较低电压。
它能够在输入电压与输出电压之间产生非常低的压降，并提供稳定的输出电压。
2. LDO的工作原理LDO的核心部分是差分放大器和功率晶体管。
差分放大器用于控制功率晶体管的导通和截断，通过调整功率晶体管的开启程度来控制输出电压的稳定性。
当输入电压高于输出电压时，差分放大器将关闭功率晶体管，以防止输出电压过高。
当输入电压接近输出电压时，差分放大器打开功率晶体管，以保持输出电压稳定。
3. LDO的优点•低压差： LDO具有非常低的压降，因此能够提供准确且稳定的输出电压。
•低噪音： LDO的设计使其能够提供较低的输出噪音水平，适用于对噪音敏感的应用。
•简单可靠： LDO是一种相对简单的稳压器件，具备较高的可靠性和稳定性。
•快速响应： LDO能够快速响应输入电压的变化，并迅速调整输出电压以保持稳定。
4. LDO的应用LDO在各种电子设备中广泛应用，以下是一些常见的应用场景：4.1 手机和平板电脑LDO在手机和平板电脑中用于稳定供电给各个部件，如处理器、存储器和无线通信模块。
其低噪音和快速响应特性使得手机和平板电脑能够提供高质量的信号处理和数据传输。
4.2 电源管理LDO用于电源管理系统，例如将高电压降至适合模拟和数字电路的工作电压。
其低压差和稳定性使用于各种应用，如笔记本电脑、服务器和工业自动化设备等。
4.3 汽车电子LDO在汽车电子系统中用于稳定供电给各个电子模块，如发动机控制单元(ECU)、信息娱乐系统和驾驶辅助系统。
其可靠性和稳定性使LDO成为在恶劣环境下可靠工作的理想选择。
4.4 照明和LED驱动LDO用于照明和LED驱动应用中，通过稳定的电压提供可靠的光照和控制。
其低噪音特性对于要求高质量光照的应用非常重要。
5. 总结LDO是一种常见且有广泛应用的稳压器件。
它具有低压差、低噪音、快速响应和可靠性等优点。
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浅谈低压差线性稳压器(LDO)的压差（Dropout）和功耗（Power Dissipation）
（圣邦微电子）任明岩
摘要：本文论述了低压差线性稳压器(LDO)的基本原理和压差（Dropout）功耗（Power Dissipation）
Abstract:This paper discusses Low Dropout Line Regulator（LDO）fundamental principle and Dropout，Power Dissipation
关键词：低压差线性稳压器, 压差，功耗
KeyWords：LDO, Dropout，Power Dissipation
便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、P MP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和功率分配架构等。
同样，在系统设计中，也要从节省电池能量的角度出发多加考虑。
例如现在便携产品的处理器，一般都设有几个不同的工作状态，通过一系列不同的节能模式（空闲、睡眠、深度睡眠等）可减少对电池容量的消耗。
即当用户的系统不需要最大处理能力时，处理器就会进入电源消耗较少的低功耗模式。
[1]带有使能控制的低压差线性稳压器(LDO)是不错的选择。
低压差线性稳压器(LDO)的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络，保护电路等，基本工作原理是这样的：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值上；同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：
V OUT=（R1+R2）/R2* V ref
产生压差的主要原因是，在调整元件中有一个P沟道的MOS管。
当LDO工作时MOS管道通等效为一个电阻，R DS(ON),
V DROPOUT = V IN - V OUT = R DS(ON) x I OUTR.
由此得出低压差线性稳压器(LDO)的一个重要特性，在输入电压大于最小工作电压和输出电压其标称值范围内，负载电流为零时，输出电压随输入电压的变化而变化，这就是LDO
的跟随特性，待输出电压达到其标称值后不随输入而变化，从而达到稳压的目的，这就是LDO 的稳压特性。
如图为圣邦微电子的SGM2007输入电压和输出电压的曲线。
在测试压差（Dropout）时不同的厂家有不同的标准。
德州仪器（TI）电压差定义为输出电压较其标称值跌落2％时的输入、输出电压的差值.其它的如，美信（Maxim），圣邦微电子(SGMC)电压差定义为输出电压较其标称值小于100mV时的输入、输出电压的差值. 如图为圣邦微电子的SGM2007负载为300mA时输入电压和输出电压的曲线。
如图在箭头范围内，输入和输出和箭头组成的图形在一定范围内近试为平行四边形，在平行四边的边上任取一点，做与另一边平行的线段，由平行四边形的定义可知和另一边相等。
所以这两种测试方法只是取值点不同而已，对同一芯片而言，两种方法测得值几乎相同。
在TMT生产测试中，也有两种测试方法，一种是循环法，输入在某一个确定值时,以步长为1m V下降，至道输出电压较其标称值跌落2％，或输出电压较其标称值小于100mV时停止，这种方法循环的步长越多，测试的时间就越长，对芯片的成本就越高，令一种方法是，输入固定电压法，输入和输出和箭头组成的图形近试平行四边形，只要我的取值点在平行四边形内，测得的值就是相同的，所以通常是根据具体的LDO 的Dropout的大小，输入加上某一个值，使输出电压约等于较其标称值跌落2％或较其标称值小于100mV。
例如Dropout在150mA时为100mV,那么输入可以等于输出，这样测的输出比标称值小于100mV，等于这样测一次就可以了，节约了大量的时间，降低生产成本。
单体锂离子电池充足电时的电压为4.2V，放完电后的电压为2.3V，而有些标定电压为3.3V工作的微处理器DSP的最低工作电压可以达到2.9V。
这样LDO输出值在小于标称值
的一定范围内还是可以工作的。
由上图可见，LDO的压差越小，输入和输出和箭头组成的图形近试平行四边形越长，LDO的工作时间就越长效率就越高，电池的待机时间也就会越长。
低压差线性稳压器由于存在压差，它最大的缺点是在热量管理方面，因为其转换效率近似等于输出电压除以输入电压的值。
例如，如果一个驱动图像处理器的LDO输入电源是从单节锂电池标称的3.6V，在电流为200mA时输出1.8V电压，那么转换效率仅为50%，因此在手机中产生了一些发热点，并缩短了电池工作时间。
虽然就较大的输入与输出电压差而言，确实存在这些缺点，但是当电压差较小时，情况就不同了。
例如，如果电压从1.5V降至1. 2V，效率就变成了80%。
低压差线性稳压器功耗主要是输入电压，输出电压以及输出电流的函数。
下列方程式可用来计算最恶劣情况下的功耗：
P D=（V INMAX- V OUTMIN ）I LMAX。
其中:P D= 最恶劣情况下的实际功耗，V INMAX= V IN 脚上的最大电压，V OUTMIN = 稳压器输出的最小电压，I LMAX = 最大( 负载) 输出电流。
最大允许功耗(P DMAX) 是最大环境温度(T AMAX), 最大允许结温(T J MAX) (+125°C) 和结点到空气间热阻（θJA) 的函数。
对于安装在典型双层FR4 电解铜镀层PCB板上的5引脚SOT-23A封装器件，其（θJA)约为250°C/Watt。
P DMAX=(T AMAX-T JMAX)/θJA
V INMAX = 3.0V +10%，V OUTMIN = 2.7V - 2.5%，I LOADMAX = 40mA，T JMAX = +125°C，T AMAX = +55°C
实际功耗PD=26.7mW，最大允许功耗: P DMAX=280mW.
在低压差线性稳压器（LDO）的使用过程中一定要注意合理分配LDO实际功耗，不要超过他的最大功耗。
以影响系统的稳定性。
参考文献
1． 颜重光 便携产品电源芯片的应用技术
2． Microchip Tc2014 datasheet。