LDO 是一種線性穩(wěn)壓器。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 CMOS 功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用 CMOS，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。

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?；?a target="_blank">工作原理是這樣的：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 &TImes;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。

二、LDO原理分析

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。此外，還有一種使用穩(wěn)壓管的小電源。這里說的線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。而在開關(guān)電源中則不一樣，開關(guān)管是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的。簡單介紹下分類：

NPN穩(wěn)壓管：內(nèi)部用一個PNP管控制達林頓調(diào)整管。 LDO穩(wěn)壓管：調(diào)整管是一個PNP管。

Squasi-LDO：調(diào)整管是由一個PNP管控制一個NPN管 LDO(low drop output)低壓差線性穩(wěn)壓器

LDO的工作原理是通過反饋調(diào)整MOSFET的Vsd壓降以使輸出電壓不變。輸出電壓紋波小，電流也較小，用于RF模塊或音頻模塊等對電壓要求高的電路。特點是成本低噪音小。缺點是效率低，輸出電流小，只能用在降壓的場合。必須要注意，為了達到穩(wěn)定的回路就必須使用負反饋。

下面這是LDO S-1167 Series的基本原理圖。

該電路主要是由串聯(lián)調(diào)整管、取樣電阻、比較放大器組成。取樣電壓加在比較放大器的同相輸入端，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串聯(lián)調(diào)整管回路反應(yīng)速度的限制。環(huán)路內(nèi)的負反饋總是強制比較放大器調(diào)節(jié)輸入兩端的電壓使其相等。

穩(wěn)壓管的另一個重要的指標就是穩(wěn)定性，在我們的設(shè)計線路中常?？吹皆谄漭敵龆藭写蟠笮⌒〉?a href="http://m.xsypw.cn/tags/電容/" target="_blank">電容，其作用是什么呢?下面具體分析穩(wěn)壓管的反饋及回路穩(wěn)定性。 前面提到過叁中穩(wěn)壓管：

1、NPN穩(wěn)壓管

例如：LM340 LM317 比較老的3端穩(wěn)壓管

2、LDO穩(wěn)壓管

例如：S-1167 Series

3、準LDO穩(wěn)壓器

叁種穩(wěn)壓器的最大區(qū)別在于壓降和接地引腳電流。很明顯NPN和準LDO的穩(wěn)壓管在調(diào)整管上稍微復(fù)雜點，所以壓降也大些。達林管的增益很高，所以只需要很小的電流就可以驅(qū)動，準LDO也是這樣，IGND很小。PNP管的放大系數(shù)一般是15-20，LDO的IGND電流能達到負載電流的7%。 NPN穩(wěn)壓管的最大好處就是無條件的穩(wěn)定(大多數(shù)不需要加外接電容)，LDO則需要在輸出端加上電容，以減少回路帶寬及提供些正的相位補償。

所有的穩(wěn)壓器都使用負反饋回路以保持輸出電壓的穩(wěn)定。但反饋信號在通過回路后都有一定的增益和相位變化。如果反饋信號相位有180度變化，負反饋就會變成正反饋，造成輸出不穩(wěn)定。因此反饋信號經(jīng)過整個回路的相位偏移，需要有至少20度的相位裕度，這樣才能保證電路的穩(wěn)定。(相位裕度定義為回路總的相位偏移與-180度的差)。

三、LDO的相關(guān)參數(shù)

1、輸出電壓(Output Voltage)

輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設(shè)備設(shè)計者選用穩(wěn)壓器時首先應(yīng)考慮的參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過廠家精密調(diào)整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設(shè)定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應(yīng)用要求，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度。

2、最大輸出電流(Maximum Output Current)

用電設(shè)備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當?shù)姆€(wěn)壓器。

3、輸入輸出電壓差(Dropout Voltage)

輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。 4.接地電流(Ground Pin Current)

接地電路IGND是指串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調(diào)整管元件時，這種習(xí)慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。 5.負載調(diào)整率(Load RegulaTIon)

負載調(diào)整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負載調(diào)整率越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強。

其中Vload—負載調(diào)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(diào)整率(Line RegulaTIon)

線性調(diào)整率可以通過圖2-2和式2-2來定義，LDO的線性調(diào)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。

Vline—LDO線性調(diào)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(PSSR)

LDO的輸入源往往許多干擾信號存在。PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。

四、LDO的用途以及注意事項

低壓差線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)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(jīng)變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷?。在該電路中，低壓差線性穩(wěn)壓器的作用是：在交流電源電壓或負載變化時穩(wěn)定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產(chǎn)生的交流噪聲。

各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內(nèi)變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應(yīng)當在電池組輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖3-1(b)所示。低壓差線性穩(wěn)壓器的功率較低，因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時，由于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時，仍可保證輸出電壓穩(wěn)定。

眾所周知，開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時，將產(chǎn)生較大的影響。在開關(guān)性穩(wěn)壓器輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖2-3(c)所示，就可以實現(xiàn)有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度，同時電源系統(tǒng)的效率也不會明顯降低。

在某些應(yīng)用中，比如無線電通信設(shè)備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩(wěn)壓器供電。為了節(jié)省共電池的電量，通常設(shè)備不工作時，都希望低壓差線性穩(wěn)壓器工作于睡眠狀態(tài)。為此，要求線性穩(wěn)壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統(tǒng)如圖3-1(d)所示。