LDO低压差线性稳压器浅谈
LDO详细介绍
LDO详细介绍LDO是低压差线性稳压器的英文简称，是Lineaer Dropout Regulator的缩写。
它是一种用于电子设备中的电源管理器件，主要用于将高压输入电源转换为稳定的低压输出电源。
LDO稳压器是一种线性的电压稳压器，它通过选用合适的转导电阻和反馈电路，能够在输入电压与输出电压之间产生一个稳定的、低压差的电压源。
与开关稳压器相比，LDO稳压器的设计电路更简单，而且输出电压的纹波更小，输出电压稳定性更好。
LDO稳压器的主要工作原理是通过一个功率NPN晶体管和一个PNP晶体管组成的串联电路对输电机输入电压进行调整，然后通过一个反馈电阻网络进行负反馈控制，从而实现在负载变化的情况下输出电压的稳定性。
LDO稳压器有以下几个特点：1.低压差：LDO稳压器通常具有较低的压差，一般在0.1V至0.5V之间。
这意味着它可以将高压输入电源转换为非常接近输出电路所需的稳定低压电源，从而减少了能量损耗。
2.高效率：由于LDO稳压器是线性的电压稳压器，没有开关元件，因此其效率相对较低。
但是，由于输入到输出的压差较小，使其输出功率损耗相对较小。
3.稳定性：LDO稳压器有较好的负载调节性和线性调节性能，可以在较大的负载变化范围内保持输出电压的稳定性。
4.低纹波：LDO稳压器的输出电压纹波较小，通常在几毫伏到几十毫伏之间，这对需要较低纹波的电子设备非常重要，如音频放大器。
LDO稳压器广泛应用于各种电子设备中，包括移动通信设备、计算机、工业控制系统、可穿戴设备、消费电子产品等。
由于其输出电压稳定性好、纹波小、封装紧凑等优点，使得LDO稳压器成为电子设备中一种常见的电源管理解决方案。
在选择LDO稳压器时1.输入电压范围：根据应用的需求选择合适的输入电压范围，确保稳压器能够正常工作。
2.输出电压范围：根据所需的输出电压确定合适的LDO稳压器型号，确保输出电压满足应用需求。
3.输出电流能力：考虑应用所需的最大输出电流，选择具有足够输出电流能力的LDO稳压器。
低压差线性稳压器(LDO)简介
低压差线性稳压器(LDO)的基本原理和主要参数摘要：本文论述了低压差线性稳压器(LDO)的基本原理和主要参数，并介绍LDO 的典型应用和国内发展概况。
引言便携电子设备不管是由交流市电经过整流(或交流适配器)后供电，还是由蓄电池组供电，工作过程中，电源电压都将在很大范围内变化。
比如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 ，变化范围很大。
各种整流器的输出电压不仅受市电电压变化的影响，还受负载变化的影响。
为了保证供电电压稳定不变，几乎所有的电子设备都采用稳压器供电。
小型精密电子设备还要求电源非常干净（无纹波、无噪声），以免影响电子设备正常工作。
为了满足精密电子设备的要求，应在电源的输入端加入线性稳压器，以保证电源电压恒定和实现有源噪声滤波[1]。
一．LDO 的基本原理低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1-1所示，该电路由串联调整管VT 、取样电阻R1和R2、比较放大器A 组成。
取样电压加在比较器A 的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref 相比较，两者的差值经放大器A 放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。
当输出电压Uout 降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。
相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。
供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。
图1-1 低压差线性稳压器基本电路应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
二．低压差线性稳压器的主要参数1．输出电压(Output Voltage)输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。
低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。
浅谈低压差线性稳压器的输出噪声
浅谈低压差线性稳压器的输出噪声是基准电路（Voltage Reference）模块，其产生的基准噪声在输出端被放大。
此外，影响LDO 输出噪声的其他因素还有：LDO 内部放大器的极点、零点和输出极点，外部输出电容的容值和输出电容的等效串联电阻（ESR）值，以及负载值。
图3LDO 简单结构降低输出噪声的方法●BP 端加旁路电容为降低基准噪声，需要在基准的输出端增加一路低通滤波器，滤波器可以集成在LDO 内部或由外部电路实现。
但内置滤波器占用了较大的管芯尺寸，增加了芯片的设计和生产成本。
为此，有些低噪声LDO 芯片只是提供一个基准的引脚BP（Bypass）,用于连接基准旁路电容。
连接基准旁路电容可降低基准噪声，使基准噪声成为产生LDO 输出噪声的次要因素。
建议使用典型值为470pF～0.01μF的陶瓷电容，也可使用此范围以外的电容，但会对输入电源上电时LDO 输出电压上升的速度产生影响。
旁路电容值越大，输出电压上升速率越慢。
在使用时要注意这点。
图4 为旁路电容对SG2001 输出噪声的影响。
由图可见，随着旁路电容的增大，输出噪声也会有一定程度的减少。
图4 旁路电容对SG2001 输出噪声的影响●减小LDO 的负载电流。
负载电流也会在一定程度上影响LDO 的输出噪声。
图5 为负载电流对SGM2007 输出噪声影响。
由图可见，随着负载电流的增大，输出噪声也会有一定的增加。
为了减小负载电流对LDO 输出噪声的影响，要尽量选择输出电流大的LDO。
图5 负载电流对LDO 噪声的影响●增大LDO 的输出电容LDO 需要连接外部输入和输出电容器。
利用较低ESR 的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。
陶瓷电容器通常是首选，因为其价格低且故障模式是断路模式。
此外，输出电容器的等效串联电阻(ESR)也会影响其稳定性。
陶瓷电容器具有较低的ESR，大概为10 mΩ量级。
LDO线性稳压器
线性稳压器（LDO）一、应用场景图1所示电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。
在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
图 1 LDO在AC-DC电路中的应用各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。
为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如图 2所示。
低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。
同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
图 2 LDO在电池供电电路中的应用众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。
在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如图 3所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。
图 3 DC-DC电路中LDO的应用在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。
为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。
为此，要求线性稳压器具有使能控制端。
有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如图 4所示。
图 4 多路LDO供电中的应用二、原理1)定义LDO 是一种线性稳压器。
线性稳压器使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，产生经过调节的输出电压，即输出电压是输入电压与晶体管或FET产生的管压降的差值。
图 5 基本原理框图所谓压降电压，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与输出电压差额的最小值。
2)工作原理图 6 LDO内部基本结构LDO内部电路主要由串联调整管、取样电阻、比较放大器组成。
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)。
浅谈低压差线性稳压器LDO的设计选型
浅谈低压差线性稳压器LDO的设计选型一般线性稳压器因为其内部调节管与负载相串联且调节管工作在线性工作区而得名。
挑选线性稳压器首先按照应用要求，要考虑的是输入（VI），输出电压（VO）和输出（IO）。
挑选线性稳压器时还有一个重要的，但经常被忽视的问题是热量问题。
但是为了保证稳压效果，输入输出压差普通到4"6V以上才干正常稳压工作。
稳压器的功耗PD＝（VI －VO）×IO。
所以电源的转换效率很低，普通为45%左右。
稳压器的耗散功率PD几乎彻低以热量的形式耗散。
作为线性稳压器的一个子集，工作原理与一般线性稳压器类似，但是其内部调节管挑选低压降的PNP晶体管从而把输入输出压差减低到1V以下。
从而提高了转换效率。
在以下的应用状况下LDO有其自身的优势：●要求电源转换效率高。
● VI可以很临近VO，因此可以削减LDO的耗散功率和提高效率。
●电池可以作为VI源，由于LDO稳压器有相对宽的稳压范围。
普通设计办法利用已有的VI，VO和IO（max），可以计算PD（max）：PD（max）＝PI－PO （1）＝（VI－VO）×IO （2）PI ：进入LDO的功率。
PO ：LDO输出的功率。
PD（max）：线性稳压器件可以消耗的最大功率。
VI ：LDO的输入电压。
VO ：LDO的输出电压。
IO ：LDO的输出电流。
注重：线性稳压器件的IQ（静态电流）因为比IO小无数数量级经常被忽视。
因此，我们假设II＝IO。
因此，可以利用PD（max）与相应的线性稳压器件的器件资料举行比第1页共5页。
LDO的分类及原理
LDO的分类及原理LDO（低压差稳压器）是一种用来产生稳定输出电压的集成稳压器件。
它在电路系统中广泛应用，能够提供稳定的直流电压。
LDO可以根据输出电压的稳定性分类为线性低压差稳压器和开关低压差稳压器。
1. 线性低压差稳压器（Linear Regulator）：线性低压差稳压器是最常见的一种LDO，它基于半导体功率晶体管的线性调节器件。
它有三个基本部分：基准电压源，错误放大器和功率晶体管。
基准电压源提供稳定的参考电压，错误放大器比较输入电压和参考电压，产生误差信号，然后通过功率晶体管控制输出电压以达到稳定。
线性低压差稳压器的原理是基于负反馈控制，通过将电压差与参考电压进行比较，并通过负反馈控制使得输出电压保持在所需的稳定值。
它具有简单的电路结构、低噪声、高稳定性和快速响应的特点。
然而，线性低压差稳压器的效率相对较低，尤其在输入电压远高于输出电压时。
2. 开关低压差稳压器（Switching Regulator）：开关低压差稳压器通过开关电源的原理进行工作。
它包括一个开关器件（MOSFET）和一个电感，通过快速开关和关闭来调节电压。
开关低压差稳压器通过控制开关器件的导通时间和关断时间来调节输出电压，从而实现稳定的输出。
开关低压差稳压器的原理是基于占空比控制，通过改变开关器件导通时间和关断时间的比例来调整输出电压。
开关低压差稳压器具有高效率、高速响应和较小的尺寸等优点。
然而，它也存在着高频噪声和电磁干扰的问题，需要通过滤波电路进行补偿。
除了以上两种分类之外，还可以根据输入电压的类型将LDO进一步分类：1.线性低压差稳压器：-输入输出电压均为直流电，一般工作在低压差状态。
-输入电压通常较高，典型范围为5V至20V。
-在输出负载存在变化时，能够提供稳定的输出电压。
2. 预调节LDO（Pre-Regulated LDO）：-输入电压为交流电，需要经过整流和滤波等处理。
-在输入端加入预调节电路，将输入电压调节为较低稳定的直流电压，再输入到线性低压差稳压器中进行进一步的调节。
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低压差线性稳压器(LDO)浅谈
摘要：本文论述了低压差线性稳压器(LDO )的基本原理和主要参数，并介绍LDO 的典型应用和国内发展概况。
引言
便携电子设备不管是由交流市电经过整流(或交流适配器)后供电，还是由蓄电池组供电，工作过程中，电源电压都将在很大范围内变化。
比如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 ，变化范围很大。
各种整流器的输出电压不仅受市电电压变化的影响，还受负载变化的影响。
为了保证供电电压稳定不变，几乎所有的电子设备都采用稳压器供电。
小型精密电子设备还要求电源非常干净（无纹波、无噪声），以免影响电子设备正常工作。
为了满足精密电子设备的要求，应在电源的输入端加入线性稳压器，以保证电源电压恒定和实现有源噪声滤波[1]。
一．LDO 的基本原理
低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1-1所示，该电路由串联调整管VT 、取样电阻R1和
R2、比较放大器A 组成。
取样电压加在比较器A 的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref 相比较，两者的差
值经放大器A 放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。
当输出电压Uout 降低时，
基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从
而使输出电压升高。
相反，若输出电压Uout 超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动
电流减小，从而使输出电压降低。
供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放
大器和输出晶体管回路反应速度的限制。
应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过
热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
二．低压差线性稳压器的主要参数
1．输出电压(Output Voltage)
输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。
低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。
固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。
但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。
2．最大输出电流(Maximum Output Current)
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。
通常，输出电流越大的稳压器成本越高。
为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。
3．输入输出电压差(Dropout Voltage)
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。
在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。
比如，5.0V 的低压差线性稳压器，只要输入5.5V 电压，就能使输出电压稳定在5.0V 。
4．接地电流(Ground Pin Current)
接地电路IGND 是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。
该电流有时也称为静态电流，但是采用PNP 晶体管作串联调整管元件时，这种习惯叫法是不正确的。
通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。
5．负载调整率(Load Regulation)
负载调整率可以通过图2-1和式2-1来定义，LDO 的负载调整率越小，说明LDO 抑制负载干扰的能力越强。
图2-1 Output Voltage&Output Current
(2-1)
式中
△Vload?负载调整率
图1-1 低压差线性稳压器基本电路
Imax?LDO最大输出电流
Vt?输出电流为Imax时，LDO的输出电压
Vo?输出电流为0.1mA时，LDO的输出电压
△V?负载电流分别为0.1mA和Imax时的输出电压之差
6．线性调整率(Line Regulation)
线性调整率可以通过图2-2和式2-2来定义，LDO的线性调整率越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO的性能越好。
图2-2 Output Voltage&Input Voltage
(2-2)
式中
△Vline?LDO线性调整率
Vo?LDO名义输出电压
Vmax?LDO最大输入电压
△V?LDO输入Vo到Vmax'输出电压最大值和最小值之差
7．电源抑制比(PSSR)
LDO的输入源往往许多干扰信号存在。
PSRR反映了LDO对于这些干扰信号的抑制能力。
三．LDO的典型应用
低压差线性稳压器的典型应用如图3-1所示。
图3-1(a)所示电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。
在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。
为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如图3-1(b)所示。
低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。
同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。
在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如图2-3(c)所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。
为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。
为此，要求线性稳压器具有使能控制端。
有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如图3-1(d)所示。
图3-1 低压差线性稳压器(LDO)典型应用
四．国内LDO发展概况
中国集成电路(IC)产业经过40余年的发展，已经形成了一个良好的产业基础，并已经进入了一个加速发展的新阶段[2]。
借鉴国外先进技术，充分利用国内优惠政策，是当前国内各个IC公司发展的立足点。
作为被广泛应用于手机、DVD、数码相机以及Mp3等多种消费类电子产品中的稳压芯片，LDO已引起人们的高度重视。
国内早期从事LDO 生产的圣邦微电子有限公司生产的SG2001、SG2002及SG2003系列LDO，足以满足当前市场上主流电压、电流的需要；它的SG2004、SG2011以及SG2012系列产品，非常适合于大电流负载应用；而它的SGM2007/2006/2005系列RF LDO更适用于手机电源的应用。
尽管是国产芯片，但这些芯片的性能丝毫不逊色于国外同类产品，而价格更适合于当前国内市场。
由此看来，国内与国外IC发展的差距将不会越来越大，每个国人都可以相信，中国不仅可以成为IC产业的新兴地区，更能成为世界IC 强国。
参考文献
1．王国华，王鸿麟，羊彦等.便携电子设备电源管理技术.西安电子科技大学出版社.2004,1
2．蔺建文.正在崛起的中国集成电路产业.国家集成电路设计西安产业化基地.2002
作者：曹会宾。