LDO選型原理、參數

6542022-06-18
LDO基本原理
LDO是Low Dropout Regulator的缩写,意思是低压差线性稳压器。低压差 是指输入电压-输出电压的值比较低。传统的线性稳压器压差高达2V,而LDO的压差只有几百mV。线性 是指PMOS基本处于线性工作状态(传统的线性稳压器是PNP原理,也工作在线性放大状态)。

稳压器 是指在正常的VIN范围内,输出VOUT都稳定在一个固定值,这个固定值就是我们想要的电压值。比如VIN是电池电压3~4.4V,VOUT始终保持2.7V输出。

下图是一个简单的LDO原理框图:

图片
LDO是一个负反馈系统,当VOUT增大,R2上电压增大,放大器输出电压增大,PMOS的VGS电压减小,这样PMOS输出电流减小,电压也减小。所有的LDO都是同样的负反馈原理。我们经常拿LDO与DCDC做对比,两者的原理差别很大,特性也不一样:LDO简单,功率小,效率低,噪声非常低。DCDC复杂,功率大,效率高,噪声也很高。重点说明一下,LDO有非常好的噪声隔离作用,具体指标是PSRR,它表示输出噪声对输入噪声的比值。在一些对噪声敏感的电路中,如ADC,DAC,Camera sensor模拟电压等,必须选择LDO,而且是高PSRR的LDO,而不是DCDC。下文解释一些LDO的关键技术指标。

LDO关键参数的理解
以TOSHIBA的TCR3DG系列LDO为例,解释一下LOD的各项参数指标。这个系列的LDO在手机行业应用非常多。2.1压差(Drop-out Voltage)压差是指保证VOUT输出电压、电流情况下,VIN与VOUT的最小电压差。这个压差可以理解为LDO输出电流在PMOS上的压降。PMOS有导通电阻,假设VIN=3.4V,VOUT=3.2V,输出电流300mA,则可以推算出PMOS的内阻是

LDO工作必须满足压差要求,但压差不是一个固定值,它与IOUT大小有关。下图是一个VOUT=1V的LDO的输出电流与压差要求的关系曲线,可见输出电流越小,对压差要求也越小。压差越小,LDO的效率越高。所以尽量不要让LDO工作在接近极限的大电流状态,否则效率很低,LDO发热严重,容易烧毁。
2.2效率LDO效率定义如下:
其实IOUT和IIN基本是相等的,因为IIN就比IOUT多了个IGND,这个电流非常小,几乎可以忽略。所以效率公式简化如下。
可以简单把LDO看做是一个稳压管,压差越小,LDO的效率越高。2.3静态电流(IQ)静态电流Quiescent Current是外部负载电流为0时,LDO内部电路供电所需的电流。内部电路包括带隙基准电压源、误差放大器、输出分压器以及过流和过温检测电路。这个电流经过从LDO的GND流出。

 

静态电流受温度和输入电压影响较大,高性能的ADI品牌LDO可能做到静态电流对温度电压不敏感。下面两幅图是一个普通的LDO静态电流随VIN和温度变化的曲线。常温下静态电流一般在uA和nA级别。
当输出电流增大时,这个时候的静态电流IQ,我们称期为IGND,某些大功率的LDO,IGND也到了mA的级别:
大部分LDO的IQ很小,它是衡量LDO在低负载情况下的自身消耗的一个重要指标,IQ越小越好。在消费类电子领域,低IQ有利于更长的续航时间,低IQ值显得尤为重要。2.4关断电流LDO的输出使能管脚ENn拉低后,VOUT=0V,此时VIN上消耗的电流就是关断电流IQ(OFF)。关断电流最高不会超过几个uA。

2.5负载瞬态响应

负载电流IOUT阶跃变化时,输出电压VOUT的变化率。它与输出端的电容值,电容的ESR,LDO控制环路的增益带宽以及负载电流变化的大小和速率有关。文章开头已经讲了,LDO是一个负反馈回路,其相位裕量越大,负载的瞬态响应越好。

原文链接:https://blog.csdn.net/AirCity123/article/details/104213243

文章整理自网络,如有侵权,请联系删除!