LDO工作原理

 线性说的是指器件的工作状态，器件内部的模块工作在放大区，放大状态呈现线性关系。它只能降压，不能升压，消耗的能量大部分通过热量耗散掉。

二、LDO工作原理

 DO内部电路一般包括：基准电压、分压取样电路、误差放大电路、调整电路四个模块。

如图1所示，当输出电压由于负载的变化而导致电压变小时，误差放大器(运算放大器)负向端通过 取样电路 测得VF变小，而误差放大器的正向端测得基准电压源不变。误差放大器检测到两者之间的电压差，输出就一个正向差值电压，就会使流过三极管的电流增大，从而使负载端的电压升高，达到了调节输出电压的目的。这是最基础的模型，最理想的情况。但实际做好一款稳压芯片还是要考虑很多东西的，下面慢慢说到。

 基准电压源是整个电路核心部分，它给LDO芯片输出电压是否正确提供了一个比对标准。简单的基准电压源可以用稳压管做(参数要选择合适，加限流电阻，防止烧管子)。但这种的基准电压不稳定，受温度影响很大，现在基本都是用带隙基准电压源作为LDO芯片的电压标准，它能带来更好的参数。带隙基准电压源现在很多芯片都在用这个东西，看名字感觉很复杂，但其实原理很简单。它是利用具有正温度系数的电压产生器和具有负温度系数的电压Vbe，乘以合适的系数，使温度对它们整体的影响相互补偿，就可以做到零温度系数的基准电压源了。当它们的总电压等于硅管的能带隙电压1.22V(名字的由来)时，电路就会呈现零温度系数。这种温度补偿的思想很重要，很多电路都可以借鉴。

我们又可以按调整管的不同将稳压芯片分为NPN稳压器，LDO和准LDO芯片。

 图2 NPN稳压器                                                                                         图3 LDO稳压器                                                                       图4 准LDO稳压器

 1.NPN稳压器

 NPN稳压器的结构如图2所示。可以看到，内部是通过一个PNP管来驱动NPN达林顿管(增益大，微弱的电流就可以驱动)，输入和输出之间的压差至少为1.5V~2.5V，这个压差也是可以算出来：Vdrop=2Vbe+Vsat。Vsat为PNP的CE导通压降。压差大的话就会导致线性电源的效率不会高，有很多能量都是以热量的方式耗散掉，对于追求长续航，低功耗的移动端设备，这是无法忍受的。

2.LDO稳压器

LDO稳压器中，导通管只是一个PNP管，如图3所示。这样的话就会带来很低的导通压降，带来很小的能量损耗，满载的跌落电压(Dropout Voltage)的典型值小于500mV，轻载时的压降仅有10~20mV。LDO的压差为：Vdrop=Vsat(LDO稳压器)。

3.准LDO稳压器

准LDO稳压器就是介于NPN稳压器和LDO稳压器而得名，导通管是由单个PNP管来驱动单个NPN管，如图4所示。因此，它的跌落压降介于NPN稳压器和LDO稳压器之间：Vdrop=Vbe+Vsat(准LDO稳压器)。

单从跌落电压来看，LDO稳压器是最优选择，但衡量一款稳压芯片是否好用，不止从这一个角度来看，还要考虑接地电流(影响电压转化效率)，环路控制是否稳定(对于高精度的电路这点至关重要)，外围电路(目的就是为了环路稳定)的搭建复杂程度等都是衡量的标准。

接地电流受调整管的增益影响，负载电流一定时，调整管的增益越大，接地电流就越小。NPN稳压器的调整管为达林顿管，增益极高，所以它只需很小的电流就可以驱动负载电流，接地电流就会很小。LDO的接地电流就会很高，准LDO的接地电流介于两者之间。

除此之外呢，NPN稳压器最大的好处就是无条件的稳定，外围电路不需要额外的电容。而LDO在输出端最少需要一个外部电容以减少回路带宽及提供一些正相位转移补偿。通过引入电容加入极点，而电容的等效串联电阻(ESR)则加入了零点，只有引入合适的ESR才能对整个环路的稳定性有帮助，所以这就要挑选适合你外围电容的材质和型号。如果ESR不够的话，一般还要串联电阻，补偿环路零点。

引入电容电阻的目的就是补偿反馈回路，让它的相位翻转180°时，反馈为负，否则就会引起振荡(纹波大，输出电压不稳定)。理想的情况是环路增益为0dB时，附加相位大于-135°，距离-180°还有-45°。

4.场效应管(FET)作为导通管LDO

FET的导通阻抗更小，这样的话就可以使电源芯片的跌落电压更低，同时场效应管(三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件)的栅极驱动电流极小，这样会带来极低的接地电流，整体的电源转化效率就会提升。同时对于集成的稳压器而言，在单位面积上制造的场效应管的导通阻抗会比双极性开关管的导通阻抗低。这样就可以在更小封装下输出更大的电流。

8.挑选时考虑的参数

1.当我们选择LDO电源芯片的时候，首先得明确我们目标电源是多少，即Vout电压，最好选择固定电压的，不要选择ADJ型号(可调节芯片)的，为了减少外围电路带来的干扰。

2.确定系统的最大输出电流Iout，要留出一定的裕量。

3.确定你的压差(Vin-Vout)是否大于芯片的裕量电压，这样才能满足芯片的参数要求。

4.确认PSRR，在低噪声的场合，或者上一级为开关电源，一定要选高PSRR的LDO，建议在80dB以上。

5.还要考虑芯片的耗散功率，适当计算一下你的系统是否会超过这个值。

6.对续航有要求的话还要挑选低的接地电流，低的静态电流。

7.还要挑选精度高，直流输入电压调整率低，负载瞬态响应快，输出噪声低的芯片，都要考虑。