LDO电路分析

一、LDO概述

在电压转换电路中，LDO和DC-DC电路是最常用的两种方式，本篇主要介绍LDO相关内容。

LDO是线性电源的一种，它可以实现电源电压的转换，不过主要用在降压领域。它的全称是Low Dropout Regulaor，就是低压差线性稳压器，这个低压差就表示它的输入输出电势差不会太大，所以叫低压差。

在理解上可以看作LDO=低压差+线性+稳压器。

那LDO有哪些特点呢？

对于LDO电路，相对与DCDC电路，它具备成本低，噪音低，静态电流小等优点，并且在实际运用中，它需要的外接元件也更少，通常仅仅需要一两个旁路电容就可以了。

二、LDO工作原理
• LDO 稳压器的主要部件是一个功率场效应管（ Power FET ）和一个差分放大器（ Differential Amplifier ）。差分放大器的一端输入由输出电压和 R1 、 R2 电阻决定，另一端输入参考电压。如果输出电压与参考电压有偏差，差分放大器的输出将会反馈调整功率效应管的输出，从而校准稳压器的输出电压。

三、LDO电路组成部分

通过对于上面LDO电路的举例，就可以理解LDO内部有四个部分组成：分别是基准参考电压，误差放大器，分压抽取电路和晶体管调整电路。

基准参考电压：就是正向输入端的电压，也是LDO的输入电压，也称基准电压。

误差放大器：将采集到的电压输入到比较器反向输入端，与正向输入端的基准电压进行比较，再将比较结果放大，如果反向输入端电压增大，则会导致运放的输出端减小。

分压抽取电路：就是电路图中的R1，R2，通过它们对输出电压进行采集

晶体管调整电路：运放放大后的信号会输送到晶体管的基极，从而放大后的信号可以控制晶体管的导通电压，形成一个负反馈调节回路。

四、LDO主要参数
1、压差
• 压差是 LDO 线性稳压器最重要的参数。 LDO 线性稳压器的压差电压是指系统能够调节，使输出稳定在期望输出的最小输入电压和输出电压值差。此时，输入电压将是系统能够调整地最小输入电压，比这更小的电压，输入与输出将成线性关系下降。。
• 德州仪器（ TI ）电压差定义为输出电压较其标称值跌落 2 ％的输入、输出电压的差值。其它的如美信（ Maxim ）、圣邦微电子 (SGMC) 电压差定义为输出电压较其标称值小于 100mV 时的输入、输出电压的差值。
2、静态电流
• 静态电流（或称地电流）是指调整器输入和输出电流之间的差；一个高效率的调整器，其静态电流必须足够小。
• 静态电流由参考源、采样电阻或误差放大器的偏置电流和调整管的驱动电流组成，它不提供输出功率。
• 静态电流的大小主要由调整管、电路的拓扑结构和环境温度等因素决定。
• 静态电流定义为：

3、效率
• LDO 调整器的效率受到静态电流和输入、输出电压的限制，满足下面的公式：

• Dropout 电压和静态电流必须足够小， LDO 才能有比较高的效率，另外，由于 LDO 调整器的功耗受到输入－输出电压差的影响，所以输入－输出电压差必须减小，效率才能提高。不管输出条件如何，输入－输出电压差是决定调整器效率的主要因素。
4、待机电流
待机电流是指带有使能信号的LDO，当该信号关闭的时候LDO消耗的电流。参考电压和误差放大器同样也处于不供电的状态。可以进一步减小功耗。

5、瞬态响应
• 瞬态响应是 LDO 调整器的重要参数，它是负载电流阶跃变化时，输出电压允许的最大变化量。瞬态响应是输出电容（ Co ）、输出电容的等效串联阻抗（ RSR ）、旁路电容 Cb 和最大负载电流（ Io_max ）的函数，应用中应该确定这个值有多小。
• Cb 的作用是提高负载瞬态响应能力，也起到了为电路高频旁路的作用。
• 为了获得更好的瞬态响应， LDO 需要更宽的带宽，更大的输出容量、低 ESR 的电容。

6、线性调整率和负载调整率
• 线性调整率定义了输入变化对输出的影响，即在负载一定的情况下，输出电压变化量和输入电压变化量之比：

•输入电压变化的最坏情况发生在电路的上下电过程。

•负载调整率是指在输入电压不变的条件下，负载发生变化时对输出电压的影响，即输出变化量与负载电流变化量的比值：

•输出负载变化的最坏情况发生在负载电流从0增加到最大额定值，或者反过来变化。

7、电源噪声抑制比
• 电源噪声抑制比也被叫做纹波抑制比，是衡量 LDO 对输入电压电源变动抑制的一种能力，需要考虑很宽的频率范围。
• 控制环路往往是决定纹波抑制比的主要因素。大的输出电容，低 ESR ，追加旁路电容能够改善纹波抑制比。
由于输出电容的ESR或者补偿电阻（CSR）能引起控制环路不稳定，LDO制造商通常会提供ESR取值曲线图。