一篇帶給你LDO的原理及應(yīng)用

作者： Firefly 2021-06-09 09:08:10

低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器的成本低，噪音低，靜態(tài)電流小，這些是它的突出優(yōu)點。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩(wěn)壓器可達到以下指標(biāo)：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態(tài)電流6μA，電壓降只有100mV。

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01LDO定義

LDO即lowdropoutregulator，是一種低壓差線性穩(wěn)壓器。這是相對于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來說的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如78XX系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓至少高出2V~3V，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉(zhuǎn)3.3V，輸入與輸出之間的壓差只有1.7v，顯然這是不滿足傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的工作條件的。針對這種情況，芯片制造商們才研發(fā)出了LDO類的電壓轉(zhuǎn)換芯片。

02LDO的特點

看了上面的定義，在不了解LDO結(jié)構(gòu)的前提下，大家使用模電知識可以聯(lián)想到下圖低壓降穩(wěn)壓器。

上圖是最基本的穩(wěn)壓電路，核心器件是穩(wěn)壓管，它的穩(wěn)壓工作區(qū)間決定了輸出穩(wěn)壓的范圍，通過這種簡單電路，可以實現(xiàn)小電流(百mA級別)，小動態(tài)范圍內(nèi)的穩(wěn)壓。

把上面電路升級一下，如下圖：

上述電路僅多了一個2N3055三極管，目的就是提升輸出帶載能力，同時三極管還引入了電壓負反饋，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。當(dāng)輸入電壓Vin增大或輸出負載電阻增大，輸出電壓Vout會瞬間增加，三極管的射極電Ve壓隨之增大，如果基極電壓Vb不變，則Vb-Ve就會減小，進而輸出電流減小，Vout減小。

上圖只是簡單基礎(chǔ)的低壓降穩(wěn)壓器。注意，和我們說的LDO，差了“線性”二字。這里看出上述電路輸出電壓Vout會受到Vbe電壓波動的影響，穩(wěn)定性較差。且輸出電壓不可調(diào)節(jié)。

03LDO電路

在上述電路的基礎(chǔ)上添加“線性”因素，也就是引入運算放大器，加深負反饋的同時提高輸出電壓穩(wěn)定性。這也就構(gòu)成了我們所說的低壓差線性穩(wěn)壓器。電路圖如下

在基本穩(wěn)壓管調(diào)整電路基礎(chǔ)上增加了運算放大器A和分壓電阻采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2。當(dāng)輸入電壓Vin增大或輸出負載電阻增大，輸出電壓Vout會瞬間增加，通過R1、R2分壓采樣得到的電壓也增加，由于是反向端輸入，運放A的輸出會相應(yīng)減小，則Vb-Ve就會減小，進而輸出電流減小，Vout減小。由上圖電路可以知道，LDO是通過電阻分壓的，也即是LDO只能降壓，不能升壓。而且電流不能過大。