科普：一文了解LDO
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LDO，英文全名是Low Dropout Regulaor，顾名思义就是低压差线性稳压器，属于线性电源。为线性的稳压器，仅能使用在降压应用中，也就是输出电压必需小于输入电压。 LDO=low dropout regulator，低压差 线性 稳压器。 “低压差”：输出压降比较低，例如输入3.3V，输出可以达到3.2V。 “线性”：LDO内部的MOS管工作于线性电阻。 “稳压器”：说明了LDO的用途是用来给电源稳压。
我们从上面的拓扑图可以看出，LDO内部主要是基准参考电压、误差放大器、分压取样电路和MOS管调整电路。 LDO内部基本都是由4大部件构成，分别是分压取样电路、基准电压、误差放大电路和晶体管调整电路。 分压取样电路---通过电阻R1和R2对输出电压进行采集，误差放大电路---将采集的电压输入到比较器反向输入端，与正向输入端的基准电压（也就是期望输出的电压）进行比较，再将比较结果进行放大，晶体管调整电路---把这个放大后的信号输出到晶体管的控制极（也就是PMOS管的栅极或者PNP型三极管的基极），从而这个放大后的信号（电流）就可以控制晶体管的导通电压了，这就是一个负反馈调节回路。晶体管输出电压就是输入电压减去导通电压，因此控制了导通电压就相当于控制了LDO的输出电压了。当输出电压与基准电压相差较大的时候，比较器输出信号变强，从而晶体管压降变小，输出电压变小，从而基准电压与输出电压变得更加接近。 LDO的基本原理 低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如下图所示，该电路由串联调整管VT（PNP晶体管，注：实际应用中，此处常用的是P沟道场效应管）、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
低压差线性稳压器基本电路 取样电压Uin加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref（Uout*R2/（R1 R2））相比较，两者的差值经放大器A放大后. Uout=(U - U-)*A 注A為比較放大器的倍數，）控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压Uref与取样电压Uin的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。 应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET。 LDO的典型应用 低压差线性稳压器的典型应用如下图所示。下图所示电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如下图所示。低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如下图所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如下图所示。
输出电压计算方式在上面是有的，但是注意是换成了下面的电阻R2除以上面的电阻R1，正好和上面的DCDC典型电路相反，请注意两者的区别。 注：LDO和DCDC的反馈电阻取值不同，请注意DCDC反馈电阻取值一般是 KΩ 级别，但是LDO的反馈电阻一般是 百Ω 级别，因为LDO对于反馈引脚电流有要求。 LDO工作原理 首先分压取样电路两个电阻分压对输出电压进行采集，误差放大电路将采集的电压输入到比较器反向输入端，与正向输入端的基准电压（也就是期望输出的电压）进行比较，再将比较结果进行放大。 MOS管调整电路把这个放大后的信号输出到MOS管的栅极，从而这个放大后的信号（电流）就可以控制MOS管的导通电压了，这就是一个负反馈调节回路。 MOS管输出电压就是输入电压减去导通电压，因此控制了导通电压就相当于控制了LDO的输出电压了。 当输出电压与基准电压相差较大的时候，比较器输出信号变强，从而MOS管压降变小，输出电压变小，从而基准电压与输出电压变得更加接近。 从LDO工作原理我们可以得知，LDO只能降压。 举例 通过对于LDO的进一步了解，我们知道LDO一般应用于输入输出压差小，输出电流小的应用场景，这样才能发挥LDO的优势，同时使用时还要重点注意压降、耗散功率等参数，保证电路可以按预期正常工作。
上图中的LDO芯片，内部为一个P-MOS 一个运放 2个电阻 因此上图LDO核心架构：P-MOS 运放，通过芯片内部已经设置好的电阻来达到调节P-MOS的输出，而得到该芯片的输出电压。 上图中的LDO工作原理就一句话：通过运放调节P-MOS的输出。 LDO的特点 1.外围电路简单，价格便宜 LDO在使用的时候，非常方便，除了输入、输出端加上滤波电容，不需要其他外围器件，而一般的DCDC模块在使用时要电感、电容、二极管等外围器件组合，且布局也需要特别讲究，否则使用效果不尽人意。 LDO芯片一般都比较便宜，且不需要很多外围器件，非常适合低成本方案。 2.效率较低 使用LDO时，需注意输入电压与输出电压差不能太大，否则效率会非常低。LDO效率η=（Vin-Vout）/Vin，比如输入电压Vin为24V，输出电压Vout3.3V，计算得出效率η=13.75%，效率很低。所以使用LDO时，尽量控制输入输出电压差。 3.噪声低、纹波小 因为其原理为线性调节方式，所以不会产生开关噪声，同时电路纹波也很小。 LDO的主要参数 1．输出电压(Output Voltage) 输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。 2．最大输出电流(Maximum Output Current) 用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。 3．输入输出电压差(Dropout Voltage) 输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V的低压差线性稳压器，只要输入5.5V电压，就能使输出电压稳定在5.0V。 |
