LDO
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-01
LDO的實例教程
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LDO是我們常用的電源解決方案，dropout voltage（壓差）是LDO最常見的參數之一，但是并不是所有的工程師都能夠正確的設計LDO dropout voltage，導致產品可靠性具有隱患，降低平均無故障時間。
和DCDC開關電源架構不同，LDO內部的管子是工作在放大狀態的，在這樣的大前提下，LDO輸入輸出必須要滿足一定的壓差條件，LDO才能有效進行反饋調節，正常工作。
對于Dropout Voltage我們一共有兩個必關注因素：
第一個因素是Droput Voltage自身的范圍，這個在IC內部基本已經固定了，這部分是應用工程師無法管控的，我們只能根據需求合理選型與應用。
先介紹LDO內部影響Dropout Voltage的幾個原因，指導大家來正確選型。
LDO內部除了基本的LDO控制電流外，往往還有一些保護電路、放電電路、邏輯控制電路等，有的LDO內部還有電荷泵等接口，這些電路都是要吃電的，所以LDO的dropout voltage除了考慮內部管子的工作狀態之外，還要考慮內部其他電路的供電需求。
比如下面的LDO，輸出是1V@Iout=130mA時，Dropout voltage 為140mV，但是輸入卻不能選擇1.14V，這是小于輸入電壓1.4V的要求，設計將不會保證性能和穩定性，有很多工程師其實是知道這點的，但是在設計時非常容易忘記這一項，一定要仔細檢查。
即使LDO輸入電壓可以是1.14V，輸出是1V@Iout=130mA，我們也不能直接選擇輸出1.14V的電源提供給LDO。
展開 NMOS LDO仿真結果
下圖是簡單的5V轉3.0V的NMOS LDO仿真圖以及仿真波形結果，橙色曲線是電壓，綠色曲線是電流，隨著負載端滑動變阻器R4的變化，負載電流也在變，而輸出電壓基本穩定在3.0V。
獲取LDO仿真文件方法，公眾號后臺回復：LDO仿真文件
4. LDO 輸出電容你知道多少？
考慮到系統的穩定性，LDO的輸出電容原則上是要加的，但是如果對于成本有極致的考慮，在滿足一定要求時，這個電容其實是可以刪除的。
5. Dropout voltage
上文分析了PMOS LDO工作在恒流區（飽和區），DS之間有一定的壓差，此壓差常稱為dropout voltage（Vdo），所以LDO若想穩定工作在飽和區，輸入輸出之間滿足一定的壓差，應用中通常可以考慮在spec中預留25%的余量。比如下圖中在Iout=150mA時，不同Vout對應的Vdo也不同。
6. 效率
效率此處不過多討論，LDO自身消耗的功率約等于壓差*電流，因此相同負載電流下，壓差越大，LDO功耗越高，所以壓差稍微低一些，有利于提高效率。
7. PSRR
LDO重要參數之一也是巨大優點之一便是紋波小，即PSRR好，PSRR是電源抑制比，是LDO對輸入電源紋波的抑制程度，PSRR的絕對值越大越好。看PSRR曲線有個轉折點，左邊為LDO自身起主導作用，右邊為輸出電容起主導作用，PSRR性能好的LDO左邊的曲線會更高，加大輸出電容，右邊的曲線會升高。
LDO的基本原理與介紹可以告一段落了，而其內部實際工作情況是非常復雜的，本文只起引導作用，希望能引起大家的共鳴或排解一些疑惑，歡迎關注我的公眾號：硬件工程師看海。里面會定期更新鮮的內容。
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展開 簡單匯總一下，二極管在LDO電路中的一些常見用法。
1、防反接——二極管接在VIN端
輸入VIN串一個二極管，如下圖所示的D1，有兩個作用，一個是防止電源反接；輸入輸出壓差大的應用，二極管可以承擔一部分LDO的熱損。
防反接原理：當VIN和GND接反的時候，因為二極管D1的存在，使GND無法進入LDO，無法形成電流回路，保護了LDO。
2、防反接——二極管接在GND端
防反接的，二極管還可以接在系統GND和LDO芯片GND之間，如下圖所示的D2。
防反接原理：當VIN和GND接反的時候，因為二極管D2的存在，使VIN無法進入LDO，無法形成電流回路，保護了LDO。
因為D2的存在，會抬升LDO GND（A點）的電壓，A的電壓差不多為D2的導通壓降。
畫出老式PNP架構的LDO，可以看出，A的電壓抬升之后，會導致VOUT輸出減小，使用D2做防反接，這一點是要考慮進去的。
將二極管換作一個電壓源，簡單跑一下直流傳輸特性，可以看出，隨著V2（A點電壓）的增大，輸出VOUT是減小的趨勢。
3、輸入輸出鉗位保護
在輸入和輸出之間串一個二極管，用來防止反向電壓損壞LDO。
① LDO正常工作時，VIN大于VOUT，二極管D3截止；
② LDO掉電，出現VOUT下電比VIN下電慢的情況，反向壓差可能會損壞LDO，加了D3，輸入和輸出電壓差鉗位在二極管壓降大小，保護了LDO。
為什么會有這種用法呢？老式架構LDO，內部用PNP三極管，發射極和集電極的反向耐壓其實是不高的。
展開 5．負載調整率
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。
圖2-1OutputVoltage&OutputCurrent
(2-1)
式中：
△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
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。
圖2-2OutputVoltage&InputVoltage
(2-2)
式中：
△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
LDO的輸入源往往有著許多干擾信號的存在，PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。
03
LDO的典型應用
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。
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