LDO的原理及應用

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 0一、LDO定義

LDO即lowdropoutregulator，是一種低壓差線性穩壓器。這是相對於傳統的線性穩壓器來講的。傳統的線性穩壓器，如78XX系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓至少高出2V~3V，不然就不能正常工做。可是在一些狀況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉3.3V，輸入與輸出之間的壓差只有1.7v，顯然這是不知足傳統線性穩壓器的工做條件的。針對這種狀況，芯片製造商們才研發出了LDO類的電壓轉換芯片。

0二、LDO的特色

低壓降（LDO）線性穩壓器的成本低，噪音低，靜態電流小，這些是它的突出優勢。它須要的外接元件也不多，一般只須要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩壓器可達到如下指標：輸出噪聲30μV，PSRR爲60dB，靜態電流6μA，電壓降只有100mV。

看了上面的定義，在不瞭解LDO結構的前提下，你們使用模電知識能夠聯想到下圖低壓降穩壓器。

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上圖是最基本的穩壓電路，核心器件是穩壓管，它的穩壓工做區間決定了輸出穩壓的範圍，經過這種簡單電路，能夠實現小電流（百mA級別），小動態範圍內的穩壓。

把上面電路升級一下，以下圖：

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上述電路僅多了一個2N3055三極管，目的就是提高輸出帶載能力，同時三極管還引入了電壓負反饋，起到穩定輸出電壓的做用。當輸入電壓Vin增大或輸出負載電阻增大，輸出電壓Vout會瞬間增長，三極管的射極電Ve壓隨之增大，若是基極電壓Vb不變，則Vb-Ve就會減少，進而輸出電流減少，Vout減少。

上圖只是簡單基礎的低壓降穩壓器。注意，和咱們說的LDO，差了「線性」二字。這裏看出上述電路輸出電壓Vout會受到Vbe電壓波動的影響，穩定性較差。且輸出電壓不可調節。

0三、LDO電路

在上述電路的基礎上添加「線性」因素，也就是引入運算放大器，加深負反饋的同時提升輸出電壓穩定性。這也就構成了咱們所說的低壓差線性穩壓器。電路圖以下

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在基本穩壓管調整電路基礎上增長了運算放大器A和分壓電阻採樣網絡R1和R2。當輸入電壓Vin增大或輸出負載電阻增大，輸出電壓Vout會瞬間增長，經過R一、R2分壓採樣獲得的電壓也增長，因爲是反向端輸入，運放A的輸出會相應減少，則Vb-Ve就會減少，進而輸出電流減少，Vout減少。由上圖電路能夠知道，LDO是經過電阻分壓的，也便是LDO只能降壓，不能升壓。並且電流不能過大。

0四、LDO應用

LDO的芯片有不少種，我使用過的有AMS1117，spx3819，TLV702x等等。下面咱們以spx3819爲例簡單說一下LDO的應用。

spx3819的特色以下

1. 低噪聲：可能達到40uV

2. 高精度：1％

3. 電池反接保護

4. 低壓降：滿載時爲340mV

5. 低靜態電流：90uA

6. 零關模電流

7. 固定輸出：1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，3.0V，3.3V，5.0V

不一樣的LDO具備不一樣的性能，你們根據本身實際項目的需求選擇。

spx3819的電路圖以下，能夠看到LDO外圍電路十分簡單。這也是LDO的優勢。

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spx3819提供了3種不一樣的封裝，適用於不少場景。

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它有輸出額定電壓版本，也就是上文說到的固定輸出：1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，3.0V，3.3V，5.0V，經過不一樣的型號後綴區分。

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固然也提供了調節電壓的版本，電路和輸出電壓公式以下

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0五、功耗問題

上面咱們講解到LDO的原理，是經過電阻分壓的，這使得LDO不適用於大電流的場景，通常不大於1A。這也引出了LDO繞不開的話題：功耗和散熱問題。

選擇LDO首先要考慮的是LDO的最大輸入電壓範圍和LDO電流輸出的能力

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而後較大的電流或較大的LDO電壓降會致使較高的組件功率損耗

下圖顯示的是在特定功率下，LDO電壓降和LDO電流之間的關係

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當LDO的功耗增長時，LDO封裝的散熱功能也必須可以配合，常見的封裝以下

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LDO的功耗是曲跨於LDO上的電壓降乘以流過LDO的電流而決定，功率主要是損耗在LDO的導通組件，是硅晶變熱

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損耗的功率取決於IC封裝、PCB佈局、環境溫度

例如：SOT23的封裝，透視圖以下

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中心引腳鏈接到貼着晶粒的導線架。散熱主要是向空中散熱，經過引腳向PCB散熱。

由於外側引腳與硅晶粒之間的結合線很細，也就是下圖的4個引腳，因此主要靠中間的引腳散熱，上面也說過，中間引腳鏈接着導線架。因此能夠設計中間的引腳的PCB比較寬。

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還有SOP-08的封裝，底層的銅線也能夠用於散熱。

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若是按照下圖設計，散熱效果會更好

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0六、總結

LDO的優勢包括：

（1）結構簡單，外圍器件少，使用方便。

（2）無開關噪聲，可應用於要求高精度低噪聲的模擬電路中。

但缺點也一樣明顯：

（1）只能降壓，不能升壓。

（2）效率低，特別是輸入電壓高的狀況下，通常負載電流小於1A狀況下使用。

 

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