LDO是low dropout regulator,意为低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO低压差线性稳压器原理
如右图所示,该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref相比较,两者的差值经放大器A放大后,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,基准电压与取样电压的差值增加,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。供电过程中,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的四大要素
压差Dropout、噪音Noise、电源抑制比(PSRR)、静态电流Iq,这是LDO的四大关键数据。
产品设计师按产品负载对电性能的要求结合四大要素来选择LDO。
在手机上用的LDO要求尽可能小的噪音(纹波),在没有RF的便携式产品需求静态电流小的LDO。
LDO的工作条件
Vin >= Vdrop + Vout。
且一般需要两个外接电容:Cin、Cout,一般采用钽电容或MLCC。
注意:LDO是稳压器
不同电压输出级别的应用领域
电压输出级别 | 应用领域 |
1.25V | ARM9,FPGA、DSP等 |
1.8V | SDRAM,DDR RAM等 |
2.5V | MCU,DDR RAM等 |
3.0 | MCU,Nor Flash,Nand Flash,其他各种接口器件等 |
LDO特性及应用方向
特性 | 应用方向 |
超低纹波,高精度 | 数据采集 |
低压差 | 电池供电 |
低静态电流 | 低功耗场合,如手持仪表 |
电压监控 | 嵌入系统电源管理 |
复位控制 | 工业控制 |
多通道输出 | 需要多路供电的嵌入式系统 |
LDO的典型应用
低压差线性稳压器的典型应用如图3-1所示。图3-1(a)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,如图3-1 (b)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,如图2-3(c)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图3-1(d)所示。