文章目录
- 前言
- 一、低压差线性稳压电源是什么？
- 二、LDO工作原理
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- 1.NPN稳压器
- 2.LDO稳压器
- 3.准LDO稳压器
- 4.场效应管（FET）作为导通管LDO
- 三、LDO的参数
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- 1.裕量电压
- 2.静态电流和接地电流
- 3.效率
- 4.PSRR(电源抑制比)
- 5.线路瞬态响应
- 6.负载瞬态响应
- 7.直流负载调整率
- 8.直流输入电压调节率
- 8.选择时考虑的参数
- 四、总结
前言
本文介绍了低压差线性稳压电源。不用说，电源的重要性。大多数时候，如果电源设计良好，系统参数可以直接提高几个量级。在我的项目中，由于电源改进得当，整个项目的结果直接提高到了一个量级。在这里，我将详细介绍低压差线性稳压电源。由于我的项目精度要求较高，我使用线性稳压电源，我稍后将介绍开关电源。
什么是低压差线性稳压电源？
首先这是一种直流转化为直流的器件。低压差，这是相对于传统的线性稳压器，传统的线性稳压器可能需要输入电压比输出电压高２～３V，否则，输出电压不是我们想要的目标电压，参数会变差。LDO只需要200~300mV，电压差低意味着电源发热少，电源转换效率提高。 线性是指设备的工作状态，设备内部的模块在放大区域工作，放大状态呈现线性关系。它只能降低压力，而不升高压力，大部分能量被热量消耗掉。
二、LDO工作原理
LDO内部电路一般包括四个模块：基准电压、分压取样电路、误差放大电路和调整电路。如图1所示，当输出电压因负载变化而变小时，采样电路通过采样电路、误差放大器（操作放大器）负端测量VF误差放大器的正端测得基准电压源不变。误差放大器检测到两者之间的电压差，输出为正差电压，会增加流过三极管的电流，从而增加负载端的电压，达到调节输出电压的目的。这是最基本的模型，最理想的情况。但是做一个稳压芯片要考虑很多事情，下面慢慢说。 
图１ LDO内部电路
基准电压源是整个电路的核心部分LDO芯片输出电压是否正确提供了比较标准。稳压管可用作简单的基准电压源(应选择合适的参数，增加限流电阻，防止烧管)。然而，这种基准电压不稳定，受温度影响很大。现在基本上使用带间隙基准电压源作为LDO芯片的电压标准可以带来更好的参数。带隙基准电压源现在很多芯片都在用这个东西，看名字感觉很复杂，其实原理很简单。它使用具有正温度系数和负温度系数的电压生成器Vbe，乘以适当的系数，补偿温度对其整体影响，从而实现零温度系数的基准电压源。当其总电压等于硅管的间隙电压1时.22V当电路出现零温度系数时(名称的起源)。这种温度补偿的想法很重要，很多电路都可以借鉴。
1.NPN稳压器
根据调整管的不同，我们可以将稳压芯片分为NPN稳压器，LDO和准LDO芯片。NPN稳压器的结构如图2所示。可以看出，内部是通过一个PNP管来驱动NPN达林顿管输入输出之间的压差至少为1.5V~2.5V，这个压差也可以算出来:Vdrop=2Vbe Vsat。Vsat为PNP的CE导通压降。如果压差大，线性电源的效率就不会高。大量的能量以热量的形式消耗。对于追求长寿命、低功耗的移动设备来说，这是无法忍受的。 图2 NPN稳压器
2.LDO稳压器
LDO在稳压器中，导管只是一个PNP管道，如图3所示。这样会带来很低的导通压降，很小的能量损失，满载下降电压（Dropout Voltage）典型值小于500mV，轻载压降仅为10~20mV。LDO的压差为：Vdrop=Vsat（LDO稳压器） 图3 LDO稳压器
3.准LDO稳压器
准LDO稳压器介于NPN稳压器和LDO以稳压器命名，导管由单个管道命名PNP单个管道驱动NPN管道，如图4所示。因此，其下降压降介于NPN稳压器和LDO稳压器之间：Vdrop=Vbe Vsat（准LDO稳压器） 图4 准LDO稳压器
单从跌落电压来看，LDO稳压器是最好的选择，但不仅从这个角度来看，还要考虑接地电流（影响电压转换效率）、环路控制是否稳定（对精度电路至关重要）、外围电路（目的是稳定环路）的复杂性是衡量标准。
接地电流受调节管增益的影响，负载电流一定时，调节管增益越大，接地电流越小。NPN稳压器的调节管是达林顿管，增长率很高，所以它可以驱动负载电流，接地电流很小。LDO接地电流会很高，准确LDO接地电流介于两者之间。
除此之外，NPN稳压器最大的优点是无条件稳定，外围电路不需要额外的电容。而LDO输出端至少需要一个外部电容器来减少电路带宽，并提供一些正相位转移补偿。电容等效串联电阻通过引入电容加入极点（ESR）则加入了零点，只有引入合适的ESR有助于整个环路的稳定性，因此选择适合您外围电容器的材料和型号。如果ESR如果不够，一般需要串联电阻来补偿环路零点。
引入电容电阻的目的是补偿反馈电路，使其相位翻转180°当反馈为负时，否则会引起振荡波大，输出电压不稳定)。理想情况下，环路增长为0dB附加相位大于-135°，距离-180°还有-45°。
一般来说，LDO最好的输出电容是钽电容，温度对钽电容ESR影响会很小。铝电解电容器ESR温度影响很大，不适合输出电容。陶瓷电容器也可用作LDO输出电容，但要注意的是，大容值（>1μF）陶瓷电容器，通常是它的ESR很小（<20毫欧）。如果使用陶瓷电容器，还需要串联电阻补偿ESR，推荐使用X7R或X5R电容，选择时一定要注意耐压值，一般电容的耐压值是最大电压的两到三倍，留出一定的余量。
4.场效应管（FET）作为导通管LDO
FET导电阻抗较小，可降低电源芯片的坠落电压。同时，场效应管（三极管为电流控制器，场效应管为电压控制器）的格栅驱动电流非常小，会带来极低的接地电流，提高整体电源转换效率。同时，对于集成稳压器，单位面积制造的场效应管的导通阻抗低于双极开关管。这样，在更小的包装下输出更大的电流。
三、LDO的参数
1.裕量电压
裕量电压是指LDO为了满足其规格所需的输入到输出的电压差，数据手册通常裕量电压作为指定其他参数的条件。可以理解，如果您想要达到芯片的参数指标，您的输入电压和输出电压之间的差异大于或等于裕量电压，最好大于并留下一定的裕度。
2.静态电流和接地电流
静态电流（IQ）当外部负载电流为零时，仅为LDO内部电路供电所需的电流。它包括带间隙基准电压源、误差放大器、输出分压器和过流过温检测的工作电流。IQ=Iin(空载时)。 接地电流（Ignd）指输入电流与输出电流的差异，因此必须包含静态电流。低接地电流可以最大限度地提高LDO的效率。 应区分这两个参数。静态电流是该设备的固有属性。当它生产时，它的静态电流是固定的（不考虑设备的温度漂移和老化），但Ignd一般来说，负载电流增加，接地电流增加。
3.效率
LDO接地电流和输入/输出电压确定效率： 为了获得高效率，必须最大限度地降低裕量电压和接地电流，并尽量减少输入输出之间的电压差。如果是5V电压转化为3.3V，这样的LDO如果输入电压为3，效率不会超过66%.6V转3.3V，其效率将提高到最高91.7%。 LDO前者是调节管道产生的功耗，后者是接地电流功耗。
4.PSRR(电源抑制比)
简单地说，PSRR 测量电路抑制电源输入端的外部信号（噪声和纹波），以免损坏电路输出的性能。PSRR 定义为：PSRR = 20 × log(VEIN/VEOUT) 其中，VEIN 和VEOUTT 它们是输入端和输出端的外部信号。ADC、DAC 和放大器等电路，PSRR 适用于内部电路供电的输入端。LDO，输入电源引脚为内部电路和输出电压供电。PSRR 它与直流输入电压调节率相同，但包括整个频谱。 100 kHz 至1 MHz 由于范围内的电源抑制非常重要，因此LDO 通常配合高效的开关电源为敏感的模拟电路供电。开关电源的频率一般在这个范围内。LDO 控制环路通常是确定电源抑制性能的主要因素。同时容量大，容量低ESR 特别是当频率超过控制环路增益带宽时，电容对电源抑制性能也非常有用。 同时轻载PSRR优于重载。/p>
5.线路瞬态响应
输入电压瞬态响应是指输入电压阶跃变化时的输出电压变化。它与LDO 控制环路的增益带宽以及输入电压变化的大小和速率有关。
6.负载瞬态响应
负载瞬态响应是指负载电流阶跃变化时的输出电压变化。它与输出电容值、电容的等效串联电阻(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
7.直流负载调整率
负载调整率衡量LDO 在负载条件变化时仍保持额定输出电压的能力。负载调整率定义： 负载调整率 = ∆VOUT/∆IOUT
8.直流输入电压调整率
输入电压调整率是衡量LDO 在输入电压变化时仍保持规定输出电压的能力。输入电压调整率定义为： 输入电压调整率 = ∆VOUT/∆VIN.
以及电压源的输出精度，输出噪声，最大电流，耗散功率等参数。
8.挑选时考虑的参数
基准电压芯片，一般也是线性稳压芯片，在画PCB板时注意要将功率地和数字地，模拟地分离。外围需要电容补偿的芯片一定要好好读手册，ESR不够的情况，需要串联电阻，一定要多实验几组不同阻值的电阻。 9.考虑价格，是否容易买到，有无可替换产品。
四、总结
线性稳压电源就说到这里了，一款产品的电源设计永远是重中之重，设计时型号一定要好好挑选。画PCB板时也要考虑考虑注意的。好了就这些，如果大家看的有什么问题，欢迎提出。觉得不错的可以点个赞哦，你的鼓励就是我更新的最大动力。