基本概述

LDO 是一種線性穩(wěn)壓器，使用在其線性區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或 FET，從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的LDO（低壓降）穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設(shè)備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設(shè)備類似。

更新的發(fā)展使用 MOS 功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 功率MOS，通過穩(wěn)壓器的唯一電壓壓降是電源設(shè)備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

DC-DC的意思是直流變（到）直流（不同直流電源值的轉(zhuǎn)換），只要符合這個定義都可以叫DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括LDO。但是一般的說法是把直流變（到）直流由開關(guān)方式實現(xiàn)的器件叫DC-DC。

LDO是低壓降的意思，這有一段說明：低壓降（LDO）線性穩(wěn)壓器的成本低，噪音低，靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩(wěn)壓器可達到以下指標：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA（TI的TPS78001達到Iq=0.5uA），電壓降只有100mV(TI量產(chǎn)了號稱0.1mV的LDO)。 LDO線性穩(wěn)壓器的性能之所以能夠達到這個水平，主要原因在于其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET，而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅(qū)動的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流；另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進入飽和狀態(tài)而降低輸出能力， 輸入和輸出之間的電壓降不可以太低；而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導(dǎo)通電阻的乘積。由于MOSFET的導(dǎo)通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。

如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩(wěn)壓器，可達到很高的效率。所以，在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用，LDO穩(wěn)壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長，同時噪音較低。

如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開關(guān)型的DCDC了，因為從上面的原理可以知道，LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC轉(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高，許多新型DC-DC轉(zhuǎn)換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類電源控制器的輸出脈動和開關(guān)噪音較大、成本相對較高。

近幾年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來越小。由于出現(xiàn)了導(dǎo)通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次，對于中小功率的應(yīng)用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開關(guān)頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

總的來說，升壓是一定要選DCDC的，降壓，是選擇DCDC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。

工作原理

如下圖所示，該電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

取樣電壓加在放大器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進行，調(diào)整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。

應(yīng)當(dāng)說明，實際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負載短路保護、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護等，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用MOSFET。

生產(chǎn)廠家

TOREX,SII,ROHM,RICOH,Diodes,Prisemi，Ame,TI,NS,Maxim,LTC,Intersil,Fairchild,Micrel,Natlinear,MPS,AATI，ACE,ADI,ST等；

工作條件

Vin >= Vdrop + Vout。

且一般需要兩個外接電容：Cin、Cout，一般采用鉭電容或MLCC。

注意：LDO是穩(wěn)壓器。

應(yīng)用

LDO的應(yīng)用非常簡單，很多LDO僅需在輸入端及輸出端各接一顆電容即可穩(wěn)定工作。在LDO的應(yīng)用中需要考慮壓差、靜態(tài)電流、PSRR等重要參數(shù)。在以電池作為電源的系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)選擇壓差盡量低的LDO，這樣可以使電池更長時間為系統(tǒng)供電，比如NCP600，NCP629等等。

靜態(tài)電流Iq是Iquiescent的縮寫，指芯片自身所消耗的電流。在一些低功耗應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)盡量選擇Iq小的LDO。一些工程師在設(shè)計低功耗系統(tǒng)時，僅考慮MCU本身消耗的電流，而忽略電源芯片上所消耗的電流，使整個系統(tǒng)的待機功耗不能達標，曾經(jīng)見過有的工程師在低功耗系統(tǒng)中選用78L05為MCU提供電源，查閱數(shù)據(jù)手冊可以得知78L05靜態(tài)電流為1mA，不適合低功耗應(yīng)用，應(yīng)該選擇NCP583等等。

在射頻、音頻、ADC轉(zhuǎn)換等應(yīng)用系統(tǒng)中，PSRR（電源紋波抑制比）是一個很重要的參數(shù)，其體現(xiàn)了LDO的抗噪能力，PSRR值越高LDO輸出紋波越低。下面列出了LDO的一些重要特性及應(yīng)用方向。

不同電壓輸出級別的應(yīng)用領(lǐng)域

電壓輸出級別/應(yīng)用領(lǐng)域

1.25V/ARM9，F(xiàn)PGA、DSP等

1.8V/SDRAM，DDR RAM等

2.5V/MCU，DDR RAM等

3.0V/MCU，Nor Flash，Nand Flash，其他各種接口器件等

LDO特性及應(yīng)用方向

特性/應(yīng)用方向

超低紋波，高精度/數(shù)據(jù)采集

低壓差/電池供電

低靜態(tài)電流/低功耗場合，如手持儀表

電壓監(jiān)控/嵌入系統(tǒng)電源管理

復(fù)位控制/工業(yè)控制

多通道輸出/需要多路供電的嵌入式系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)

LDO低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調(diào)整元件、基準源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和保護電路等?；竟ぷ髟硎沁@樣的：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，恒流源電路給整個電路提供偏置，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當(dāng)輸出即將達到規(guī)定值時，由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電壓之間的誤差小信號進行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：Vout=(R1+R2)/R2 ×Vref 實際的低壓差線性穩(wěn)壓器還具有如負載短路保護、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護等其它的功能。

四大要素

壓差Dropout、噪音Noise、電源抑制比（PSRR）、靜態(tài)電流Iq，這是LDO的四大關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品設(shè)計師按產(chǎn)品負載對電性能的要求結(jié)合四大要素來選擇LDO。

在手機上用的LDO要求盡可能小的噪音（紋波），在沒有RF的便攜式產(chǎn)品需求靜態(tài)電流小的LDO。

區(qū)別

LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，它通常具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比PSRR(Power Supply Rejection Ratio)。 

　　LDO是新一代的集成電路穩(wěn)壓器，它與三端穩(wěn)壓器最大的不同點在于，LDO是一個自耗很低的微型片上系統(tǒng)（SoC）。它可用于電流主通道控制，芯片上集成了具有極低線上導(dǎo)通電阻的MOSFET，肖特基二極管、取樣電阻和分壓電阻等硬件電路，并具有過流保護、過溫保護、精密基準源、差分放大器、延遲器等功能。PG是新一代LDO，具各輸出狀態(tài)自檢、延遲安全供電功能，也可稱之為Power Good，即“電源好或電源穩(wěn)定”。

實例

降壓穩(wěn)壓器的高開關(guān)頻率允許使用纖巧多層外部元件，并最大限度地減少了電路板空間。當(dāng)MODE引腳設(shè)置為高，降壓穩(wěn)壓器工作在強制PWM模式。當(dāng)MODE引腳置低，降壓穩(wěn)壓器工作在PWM模式下，當(dāng)負載是圍繞面值。當(dāng)負載電流低于預(yù)定的閾值時，穩(wěn)壓器工作在省電模式（PSM提高輕負載效率）。