ldo線性穩壓電源是什么_LDO線性穩壓器詳解

　　一、什么是ldo

　　LDO 是一種線性穩壓器。線性穩壓器使用在其線性區域內運行的晶體管或 FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。

　　正輸出電壓的LDO（低壓降）穩壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類似。

　　更新的發展使用 CMOS 功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 CMOS，通過穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小，這種方式產生的壓降只有幾十毫伏。

　　LDO低壓差線性穩壓器的結構主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調整元件、基準源、誤差放大器、反饋電阻網絡和保護電路等?；?a href="http://www.qd573.com/v/tag/773/" target="_blank">工作原理是這樣的：系統加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，恒流源電路給整個電路提供偏置，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當輸出即將達到規定值時，由反饋網絡得到的輸出反饋電壓也接近于基準電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電壓之間的誤差小信號進行放大，再經調整管放大到輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩定在規定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環回路將使輸出電壓保持不變，即：Vout=（R1+R2）/R2 ×Vref

　　實際的低壓差線性穩壓器還具有如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等其它的功能。

　　二、LDO原理分析

　　根據調整管的工作狀態，我們常把穩壓電源分成兩類：線性穩壓電源和開關穩壓電源。此外，還有一種使用穩壓管的小電源。這里說的線性穩壓電源，是指調整管工作在線性狀態下的直流穩壓電源。而在開關電源中則不一樣，開關管是工作在開、關兩種狀態下的。簡單介紹下分類：

　　NPN穩壓管：內部用一個PNP管控制達林頓調整管。 LDO穩壓管：調整管是一個PNP管。

　　Squasi-LDO：調整管是由一個PNP管控制一個NPN管 LDO（low drop output）低壓差線性穩壓器

　　LDO的工作原理是通過反饋調整MOSFET的Vsd壓降以使輸出電壓不變。輸出電壓紋波小，電流也較小，用于RF模塊或音頻模塊等對電壓要求高的電路。特點是成本低噪音小。缺點是效率低，輸出電流小，只能用在降壓的場合。必須要注意，為了達到穩定的回路就必須使用負反饋。

　　下面這是LDO S-1167 Series的基本原理圖。

　　該電路主要是由串聯調整管、取樣電阻、比較放大器組成。取樣電壓加在比較放大器的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref相比較，兩者的差值經放大器A放大后，控制串聯調整管的壓降，從而穩定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅動電流增加，串聯調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續進行，調整時間只受比較放大器和串聯調整管回路反應速度的限制。環路內的負反饋總是強制比較放大器調節輸入兩端的電壓使其相等。

　　穩壓管的另一個重要的指標就是穩定性，在我們的設計線路中常?？吹皆谄漭敵龆藭写蟠笮⌒〉?a href="http://www.qd573.com/tags/電容/" target="_blank">電容，其作用是什幺呢？下面具體分析穩壓管的反饋及回路穩定性。 前面提到過叁中穩壓管：

　　1、NPN穩壓管

　　例如：LM340 LM317 比較老的3端穩壓管

　　2、LDO穩壓管

　　例如：S-1167 Series

　　3、準LDO穩壓器

　　叁種穩壓器的最大區別在于壓降和接地引腳電流。很明顯NPN和準LDO的穩壓管在調整管上稍微復雜點，所以壓降也大些。達林管的增益很高，所以只需要很小的電流就可以驅動，準LDO也是這樣，IGND很小。PNP管的放大系數一般是15-20，LDO的IGND電流能達到負載電流的7%。 NPN穩壓管的最大好處就是無條件的穩定（大多數不需要加外接電容），LDO則需要在輸出端加上電容，以減少回路帶寬及提供些正的相位補償。

　　所有的穩壓器都使用負反饋回路以保持輸出電壓的穩定。但反饋信號在通過回路后都有一定的增益和相位變化。如果反饋信號相位有180度變化，負反饋就會變成正反饋，造成輸出不穩定。因此反饋信號經過整個回路的相位偏移，需要有至少20度的相位裕度，這樣才能保證電路的穩定。（相位裕度定義為回路總的相位偏移與-180度的差）。

　　三、LDO的相關參數

　　1、輸出電壓（Output Voltage）

　　輸出電壓是低壓差線性穩壓器最重要的參數，也是電子設備設計者選用穩壓器時首先應考慮的參數。低壓差線性穩壓器有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經過廠家精密調整的，所以穩壓器精度很高。但是其設定的輸出電壓數值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應用要求，但是外接元件數值的變化將影響穩定精度。

　　2、最大輸出電流（Maximum Output Current）

　　用電設備的功率不同，要求穩壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩壓器組成的供電系統中，應根據各部分所需的電流值選擇適當的穩壓器。

　　3、輸入輸出電壓差（Dropout Voltage）

　　輸入輸出電壓差是低壓差線性穩壓器最重要的參數。在保證輸出電壓穩定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩定在5.0V。 4．接地電流（Ground Pin Current）

　　接地電路IGND是指串聯調整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態電流，但是采用PNP晶體管作串聯調整管元件時，這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩壓器的接地電流很小。 5．負載調整率（Load Regulation）

　　負載調整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負載調整率越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強。

　　其中Vload—負載調整率 Imax—LDO最大輸出電流

　　Vt—輸出電流為Imax時，LDO的輸出電壓 Vo—輸出電流為0.1mA時，LDO的輸出電壓

　　V—負載電流分別為0.1mA和Imax時的輸出電壓之差 6．線性調整率（Line Regulation）

　　線性調整率可以通過圖2-2和式2-2來定義，LDO的線性調整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。

　　Vline—LDO線性調整率 Vo—LDO名義輸出電壓 Vmax—LDO最大輸入電壓

　　V—LDO輸入Vo到Vmax‘輸出電壓最大值和最小值之差 7．電源抑制比（PSSR）

　　LDO的輸入源往往許多干擾信號存在。PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。

　　四、LDO的用途以及注意事項

　　低壓差線性穩壓器的典型應用如圖3-1所示。圖3-1（a）所示電路是一種最常見的AC/DC電源，交流電源電壓經變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經整流后變為直流電壓。在該電路中，低壓差線性穩壓器的作用是：在交流電源電壓或負載變化時穩定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產生的交流噪聲。

　　各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應當在電池組輸出端接入低壓差線性穩壓器，如圖3-1（b）所示。低壓差線性穩壓器的功率較低，因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時，由于低壓差線性穩壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時，仍可保證輸出電壓穩定。

　　眾所周知，開關性穩壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時，將產生較大的影響。在開關性穩壓器輸出端接入低壓差線性穩壓器，如圖2-3（c）所示，就可以實現有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩壓精度，同時電源系統的效率也不會明顯降低。

　　在某些應用中，比如無線電通信設備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩壓器供電。為了節省共電池的電量，通常設備不工作時，都希望低壓差線性穩壓器工作于睡眠狀態。為此，要求線性穩壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統如圖3-1（d）所示。