低壓差穩壓器（LDO）應用簡介

低壓差穩壓器(LDO)能夠在很寬的負載電流和輸入電壓范圍內保持規定的輸出電壓，而且輸入和輸出電壓之差可以很小。這個電壓差被稱為壓降或裕量要求，在負載電流為2A時可以低至80mV。可調輸出低壓差穩壓器1于1977年首次推出。現在，便攜設備需要使用的低壓差線性穩壓器經常多達20個。最新便攜設備中的許多LDO被集成進了多功能電源管理芯片2(PMIC)——這是高度集成的系統，擁有20個或以上的電源域，分別用于音頻、電池充電、設備管理、照明、通信和其它功能。

然而，隨著便攜系統的快速發展，集成式PMIC已經無法滿足外設電源要求。在系統開發的后期階段必須增加專用LDO來給各種選件供電，如相機模塊、藍牙、WiFi和其它連接模塊。LDO還能用來輔助降低噪聲，解決由電磁干擾(EMI)和印刷電路板(PCB)布線造成的穩壓問題，并通過關閉不需要的功能來提高系統效率。

本文將討論基本的LDO拓撲，解釋關鍵的性能指標，并展示低壓差穩壓器在系統中的應用。同時使用ADI公司LDO產品系列3的設計特征進行示例說明。

圖1：采用低壓差 (Vout和在額定負載電流時Vin的最低給定值之間的差值) 技術穩定輸出電壓的LDO框圖。

基本的LDO架構4。LDO由參考電壓、誤差放大器、反饋分壓器和傳輸晶體管組成，如圖1所示。輸出電流通過傳輸器件提供。傳輸器件的柵極電壓由誤差放大器控制——誤差放大器將參考電壓和反饋電壓進行比較，然后放大兩者的差值以便減小誤差電壓。如果反饋電壓低于參考電壓，傳輸晶體管的柵極電壓將被拉低，允許更多的電流通過，進而提高輸出電壓。如果反饋電壓高于參考電壓，傳輸晶體管的柵極電壓將被拉高，進而限制電流流動、降低輸出電壓。

這種閉環系統的動態特性基于兩個主要的極點，一個是由誤差放大器/傳輸晶體管組成的內部極點，另一個是由放大器的輸出阻抗和輸出電容的等效串聯電阻(ESR)組成的外部極點。輸出電容及其ESR將影響環路穩定性和對負載電流瞬態變化的響應性能。為了確保穩定性，推薦1Ω或以下的ESR值。另外，LDO要求使用輸入和輸出電容來濾除噪聲和控制負載瞬態變化。電容值越大，LDO的瞬態響應性能越好，但會延長啟動時間。ADI公司的LDO在使用規定電容時可以在規定工作條件下達到很好的穩定性能。

LDO效率：提高效率一直是設計工程師的永恒追求，而提高效率的途徑是降低靜態電流(Iq)和前向壓降。

由于Iq在分母上，因此很明顯Iq越高效率就越低。如今的LDO具有相當低的Iq。當Iq遠小于ILOAD時，在效率計算公式中可以忽略Iq。這樣，LDO的效率公式可以簡化為(Vo/Vin)*100%。由于LDO無法存儲大量的未使用能量，沒有提供給負載的功率將在LDO中以熱量形式消耗掉。

LDO可以提供穩定的電源電壓，這種電壓與負載和線路變化、環境溫度變化和時間流逝無關，并且當電源電壓和負載電壓之間的壓差很小時具有最高的效率。例如，隨著鋰離子電池從4.2V(滿充狀態)下降到3.0V(放電后狀態)，與該電池連接的2.8V LDO將在負載處保持恒定的2.8V(壓差小于200mV)，但效率將從電池滿充時的67%增加到電池放電后的93%。

為了提高效率，LDO可以連接到由高效率開關穩壓器產生的中間電壓軌，例如使用3.3V開關穩壓器。LDO效率固定為85%，假設開關穩壓器效率為95%，那么系統總效率將是81%。

電路特性增強LDO性能： 使能輸入端允許通過外部電路控制LDO的啟動和關閉，并允許在多電壓軌系統中按正確的順序加電。軟啟動可以在上電期間限制浪涌電流和控制輸出電壓上升時間。睡眠狀態能使漏電流最小，這個特性在電池供電系統中特別有用，并且允許快速啟動。當LDO的溫度超過規定值時，熱關斷電路將關閉LDO。過流保護電路可以限制LDO的輸出電流和功耗。欠壓閉鎖電路可以在供電電壓低于規定的最小值時禁止輸出。圖2是用于便攜設計的典型電源系統簡圖。

圖2：便攜系統中的典型電源域。