面包芯语

关于LDO，看这一篇就够了

EETOP 2021-01-19 00:00
精密双向电流传感放大器：精准测量，守护电流安全 调研有礼：人人获65W氮化镓充电头！

来源：记得诚

LDO工作原理

LDO是Low Dropout Regulator的缩写，意思是低压差线性稳压器，下面是LDO的内部框图，大致的工作原理就是：参考电压Vref和反馈电压FB（VOUT通过两个电阻分压）分别接在误差放大器的反向和正向端，然后输出误差量，再通过MOS drive调整输出电压大小，达到输出稳定。当输出电压增大时，FB增大，放大器输出电压增加，PMOS管的G极电压增大，Usg减小，PMOS的输出电流和电压较小，形成了一个负反馈系统。

LDO典型框图

LDO基本参数解释

  • 输入电压：规定设计输入电源范围。
  • 静态功耗：英文Quiescent Current，输出电流为0时的输入电流，即VOUT空载时输入电流。好的LDO和差的LDO相比较，是在电源纹波抑制比PSRR差不多的时候，静态耗流会更低。
  • 关闭功耗：英文Shut down Current，使能脚拉低，VOUT=0V时，VIN上消耗的电流即为关闭功耗，一般在1uA以内，越小越好。
  • 电源纹波抑制比：英文PSRR，这个参数越大越好，代表抑制输入纹波的能力越强，一般SPEC给出的是1KHz下的值，如：68dB@F=1KHz，LDO的最大的优点之一是它们能够衰减开关模式电源产生的电压纹波，所以一般在100K到1MHz之间的PSRR非常重要，这也是为什么我们经常看见DC-DC后面搭配一个LDO使用，敏感的模拟电源AVDD上，如ADC，Camera等，选择高PSRR的LDO。
  • 输出电流：设计时预留50%的余量，实际运用过程中，输出电流的大小和输入输出电压都有关系。
  • 输出电压：分为可调和固定，根据实际情况选择在，一般最好选择固定的。
  • 输出电压精度：一般是2%，还有5%的。
  • 耗散功率：使用时LDO的消耗的功耗不能超过这个值，否则LDO可能会损坏。
  • 地电流：英文Ground Current，指的是输入电流和输出电流的差值。指的是LDO正常工作状态，在特定的负载下，LDO自身消耗的电流。

LDO的一些特性

输出自放电

带自放电功能的LDO，能尽快泄放输出电容上的能量，保证LDO尽快关闭，下次开启是从0电压。坏处是如果外部有电压加到或者串到VOUT上，因为VOUT上的Rdischg电阻，会有一定的耗流产生，确定不会有串电到VOUT上用带自放电的LDO比较好。
在LDO关闭时，下图中标注的MOS管会自动打开，VOUT通过Rdischg对地放电，有的LDO框图中没有画这个自放电电阻，但是也是带自放电功能的，自放电电阻大小可以通过RC放电公式进行计算。

带自放电的LDO

软启动
带软启动的LDO可以有效的控制电流，使输出较平缓的上升。
实际测试LDO的上电瞬间，VOUT起来是比较平缓的，并没有电压过冲。

实测LDO输出

软启动的时间可以依据下图测试，TSS是输入电压上升到0.5倍到VOUT完全起来的时间间隔。

软启动时间定义
LDO效率
LDO效率的计算公式为：

输入电流等于输出电流加上静态功耗，根据以上公式，当LDO处在轻载时，IQ就非常重要，IQ越小，效率就越高。
动态负载调整（∆VOUT）
指的是输入电压一定，输出电压随负载电流变化而产生的变化量，当负载电流变化缓慢时，一般LDO能保持LDO恒定不变。当负载电流快速变化时，输出电压就会随之改变。这个输出电压的改变量决定了负载瞬态性能，这个值越小越好。
线性瞬态响应
在负载一定的时候，输出电压随着输入电压改变而产生的变化量。这个值越小越好。
压差（Dropout Voltage）
指保持电压稳定所需要的输入电压和输出电压之间的最小差值。当输入电压为VIN1，输出为VOUT1，缓慢降低VIN1，当输出降低到VOUT1的98%时，此时输入电压为VIN2，那么Vdrop=VIN2-VOUT1*98%，Vdrop越小越好，意味着低功耗高效率。

LDO参考设计

输入输出电容选择

现在一般LDO输入输出各加一个1UF陶瓷电容即可，可选择X5R或者X7R，ESR也会影响LDO系统的稳定性，根据SPEC来选择合适ESR的电容。提高输出电容的容值，可以提高LDO的瞬态响应性能，缺点是会延长启动时间。
Layout参考
输入输出电容靠近LDO管脚放置，LDO和电容要使用同一铜层铺地，输入输出电容的地环路要短。

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