LDO 电路大揭秘：原理、特性与常见应用详解

在电子设备的电源管理中，LDO 稳压器扮演着至关重要的角色。下面我们将深入探讨 LDO 稳压器的工作原理和重要参数。

什么是 LDO？

LDO 是 “Low Dropout” 的首字母缩写，也被称为饱和型或低损耗型线性稳压器。它能在输入和输出电压之间的低电位差（PD）下工作。LDO 稳压器作为具有可变输入电压的降压 DC - DC 转换器，只能接受比首选输出电压稍大的输入电压。压差电压就是连接输入和首选输出电压或电源输入的最小方差。

尽管该器件功率效率较低，但它能以约 1V 的低压差稳定运行，还可提供不同的电压等级，输出稳定恒定。而且，LDO 的输出电压不受电池的放电、温度、功率损耗和负载阻抗等因素的影响。例如，锂离子电池的输入电源范围为 2.7V 至 4.2V，当电池电压降至 3V 以下时，LDO 仍可将输出保持在 2.5V。

LDO 稳压器的元素

●误差放大器：在设计 LDO 的误差放大器时，需尽可能降低电流。这是因为传输晶体管的栅极电容很大，所以放大器的输出电阻应该很低。误差放大器有两个输入，一个是经分压器降低后的输出电压，另一个是参考电压。完成两个输入的比较后，误差放大器会修改传输元件的电阻。

●传递元素：误差放大器驱动反馈回路内的通路元件，传递元素可将电压从输入端转移到负载中。可使用 NMOS 和 PMOS 作为传递元素。PMOS 晶体管需要一个最小电压才能正确调节并保持湿透，由最小的漏源电压 V2 (s) 提供该最小电压，但 PMOS 传输元件不适用于极低电压器件。而使用 NMOS 晶体管可获得低压差电压、输出和输入，基于传输元件（NMOS）的 LDO，其稳压器的输出位于晶体管的源极中，NMOS 进入源极跟随器配置。

●电压参考：它是任何调节器的起点，设置了误差放大器的工作点。可使用带隙类型的电压基准，因其允许在低电源电压下工作。

●输出电容：在负载瞬变时，输出电容器使 LDO 能够在负载内移动电流，从而设置误差放大器。电容器的 ESR 起着重要作用，它限制了从电容器流入负载的电压。若使用具有 ESR 范围（10 到 300m 欧姆）的 1µF 电容器，可选用低 ESR 钽电容器、陶瓷电容器、聚合物电解电容器等类型。

●反馈：可按比例降低输出电压，还允许使用误差放大器在参考电压和输出电压之间进行比较。

LDO 的特点

低噪声的 LDO 稳压器可输出稳定的电压，且不受输入电压变化的影响，非常适合为容易产生噪声的设备供电。该设备只需一些外部组件（电阻器或电容器），具有电流限制功能，可防止系统过热；有输出放电电路，有助于快速放电并将输出端电压降至接近 IC GND 的位置；还具备热关机功能，可避免损坏和变质。

LDO 的工作原理

LDO 的主要组件包括参考电压源、传输元件和误差放大器，通路元件是 P 沟道 FET 或 N 沟道。首先将输入电压施加到传输元件（N 沟道晶体管），晶体管工作在线性区域以降低输入电压，直至达到首选输出电压。此时，误差放大器识别出产生的输出电压，并比较输出和参考电压两个参数，然后将 FET 的栅极调整到正确的工作点，确保输出具有准确的电压。当输入电压变化时，误差放大器会调整场效应管以保持恒定的输出电压。当操作条件稳定时，LDO 相当于一个简单的电阻器，还可通过启用引脚打开或关闭稳压器，避免在不使用时消耗电池电量。

何时使用 LDO

当输入电压范围较宽且需要从电源获得稳定的电压输出，同时无需调整反馈回路中的 PWM 信号时，LDO 是理想的选择。此外，当需要系统具有恒定的输出功率，不受输入电压降影响，或者需要降低输出以匹配首选输出电压时，也可使用 LDO。

其他高级 LDO 电路

高级 LDO 可提供用户可选择的参考电压，使设备可编程。通常，LDO 可通过与输出对角线的并联电容器将高频旁路接地，但电路设计人员更注重对多级稳压器的输出进行滤波，而忽视输入过滤。因此，可使用 EMI 滤波器提升 LDO，使其符合 EMC/CISPR 标准，这对于使用开关稳压器产生高次谐波的情况至关重要。还可添加其他必要方面来改善系统（模拟和数字）的配电。

选择 LDO 的重要参数

●负载调节：指电路在不同负载条件下保持特定输出电压的能力，计算公式为负载调节 = ΔVout / ΔIout。

●静态电流：指系统在待机模式下消耗的电流，仅在电池连接到设备时出现。

●瞬态响应：描述了负载电流阶跃变化的最高允许输出电压差，也称为线路阶跃响应，是最大负载电流（Iout max）、输出电容的 ESR、输出电容值（Cout）、旁路电容（Cb）等的函数，瞬态响应方程为：ΔVtr, max = (Iout, max / Cout + Cb) Δt1 + ΔVESR。

●线路调节：电路在不同输入电压下保持特定输出电压的能力，可表示为线路调节 = ΔVout / ΔVin。

●PSRR（电源抑制比）：指器件丢弃 AC 元件（如纹波电压）的能力，计算公式为 PSRR (dB) = 20 log (Vripple (in) / Vripple (out))。

LDO 电路的应用

LDO 电路可应用于高效线性电源、电脑、SMPS 后置稳压器和 DC/DC 模块、无线和有线通信、汽车应用、电池供电设备、VPP 法规 / PCMCIA VCC、工业应用、数字核心供应等领域。

LDO 电路在电子工业中发挥着重要作用。毕竟，大多数电源都需要一个线性稳压器来获得首选电压。因此，该器件非常适合需要恒定输出功率而不受输入压降影响的项目。