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低压差稳压器(L D O)能够在很宽的负载电流和输入电压规模内坚持规则的输出电压，并且输入和输出电压之差能够很小。这个电压差被称为压 降或裕量要求，在负载电流为2A时能够低至80m。可调输出低压差稳压器1于1977年初次推出。现在，便携设备需求运用的低压差线性稳压器常常多达20个。最新便携设备中的许多LDO被集成进了多功用 电源办理芯片2 (PMIC)—这是高度集成的体系，具有20个或以上的电源域，别离用于音频、电池充电、设备办理、照明、通讯和其它功用。
但是，跟着便携体系的快速开展，集成式PMIC现已无法满意外设电源要求。在体系开发的后期阶段有必要添加专用LDO来给各种选件供电，如相机模块、蓝牙、WiFi和其它衔接模块。LDO还能用来辅佐下降噪声，处理由电磁搅扰(EMI)和印刷电路板(PCB)布线形成的稳压问题，并经过封闭不需求的功用来进步体系功率。
本文将评论根本的LDO拓扑，解说要害的功用目标，并展现低压差稳压器在体系中的运用。一起运用ADI公司 LDO产品系列3.的规划特征进行示例阐明。
根本的LDO架构4.LDO由参阅电压、差错扩大器、反应分压器和传输晶体管组成，如图1所示。输出电流经过传输器材供给。传输器材的栅极电压由差错扩大器操控—差错扩大器将参阅电压和反应电压进行比较，然后扩大两者的差值以便减小差错电压。假如反应电压低于参阅电压，传输晶体管的栅极电压将被拉低，答应更多的电流经过，从而进步输出电压。假如反应电压高于参阅电压，传输晶体管的栅极电压将被拉高，从而约束电流活动、下降输出电压.
这种闭环体系的动态特性根据两个首要的极点，一个是由差错扩大器/传输晶体管组成的内部极点，另一个是由扩大器的输出阻抗和输出电容的等效串联电阻(ESR)组成的外部极点。输出电容及其ESR将影响环路安稳性和对负载电流瞬态改动的呼应功用。为了保证安稳性，引荐1Ω或以下的ESR值。别的，LDO要求运用输入和输出电容来滤除噪声和操控负载瞬态改动。电容值越大，LDO的瞬态呼应功用越好，但会延伸发动时刻。ADI公司的LDO在运用规则电容时能够在规则作业条件下到达很好的安稳功用。
LDO功率: 进步功率一直是规划工程师的永久寻求，而进步功率的途径是下降静态电流(IQ)和前向压降。.
因为IQ在分母上，因而很明显IQ越高功率就越低。现在的LDO具有适当低的IQ。当IQ远小于ILOAD时，在功率计算公式中能够疏忽IQ。这样，LDO的功率公式能够简化为(Vo/Vin)*100%。因为LDO无法存储很多的未运用能量，没有供给给负载的功率将在LDO中以热量办法耗费掉。
LDO能够供给安稳的电源电压，这种电压与负载和线路改动、环境温度改动和时刻消逝无关，并且当电源电压和负载电压之间的压差很小时具有最高的功率。例如，跟着锂离子电池从4.2V（满充状况）下降到3.0V（放电后状况），与该电池衔接的2.8V L D O将在负载处坚持安稳的2.8V（压差小于200mV），但功率将从电池满充时的67%添加到电池放电后的93%。
为了进步功率，LDO能够衔接到由高功率开关稳压器发作的中心电压轨，例如运用3.3V开关稳压器。LDO功率固定为85%，假定开关稳压器功率为95%，那么体系总功率将是81%。
电路特性增强LDO功用: 使能输入端答应经过外部电路操控LDO的发动和封闭，并答应在多电压轨体系中按正确的次序加电。软发动能够在上电期间约束浪涌电流和操控输出电压上升时刻。睡觉状况能使漏电流最小，这个特性在电池供电体系中特别有用，并且答应快速发动。当LDO的温度超越规则值时，热关断电路将封闭LDO。过流维护电路能够约束LDO的输出电流和功耗。欠压闭锁电路能够在供电电压低于规则的最小 值时制止输出。图2是用于便携规划的典型电源体系简图.
了解线性稳压器要求
LDO用于数字负载: 像 ADP170 和 ADP1706这类数字线性稳压器规划用于支持体系的首要数字要求，一般是微处理器内核和体系输入/输出(I/O)电路。用于DSP和微操控器的LDO有必要具有较高的功率，并能处理快速改动的大电流。更新的运用要求给数字LDO形成了巨大的压力，因为处理器内核为了节能而常常改动时钟频率。为了呼应软件导致的负载改动而发作的时钟频率改动对LDO的负载调整功用提出了严厉的要求。
数字负载的重要特征有线路调整率和负载调整率，以及瞬态下冲和过冲。在给低电压的微处理器内核供电时，准确的输出操控总是十分重要，没有满意的调整率将致使内核闭锁。数据手册中并不总是供给上述参数，瞬态呼应图形或许表现出对瞬态信号不错的上升和下降呼应速度。线路和负载调整率有两种办法表述：一种是输出电压随负载改动的违背百分比，实践的V/I值，或 者在规则负载电流条件下一起用两者表明。
为了节约功耗，数字LDO需求具有较低的Iq以 延伸电池寿数。便 携体系有很长时刻软件处于闲暇状况，这段时刻体系处于低功耗状况。在不活动时，体系将进入睡觉状况—要求LDO封闭，耗费电流不到1 μA。当LDO处于睡觉方法时，一切电路（包含带隙参阅）都将被封闭。当体系回到活动方法时，要求快速发动—在此期间数字供电电压有必要不发作过高的过冲。过高的过冲将导致体系闭锁，有时需求拔出电池或按下主复位按钮才干处理问题，并重启体系。
LDO用于模仿和射频负载: 像 ADP121 和 ADP130具有的低噪声和高电源按捺(P SR)功用对模仿环境中运用的LDO来说 十分 重要，因为模仿器材比数字器材对噪声更灵敏。
模仿LDO需求的首要来自无线接口要求—不损害接收器或发送器，并在音频体系中不发作爆破音或嗡嗡声。无线衔接十分简单受噪声的影响，假如噪声搅扰到信号，接收器的作用将大打折扣。在考虑模仿线性稳压器时，器材要能按捺来自上游电源和下流负载的噪声，并且本身不添加噪声，这一点很重要。
要害的LDO目标和界说
补白: ：制作商数据手册主页一般是一些摘要信息，一般突出了一些吸引人的器材特性。要害参数常常着重典型的功用特征，但只需查阅了文档中的完好目标和其它数据后才干得到更完好的了解。别的，因为制作商供给目标的办法几乎没有规范可言，因而电源规划师需求了解用来取得电气目标表格中列出的要害参数的界说和办法。体系规划师应该亲近重视要害参数，如环境和结点温度规模、图形信息中的X-Y刻度值、负载、瞬态信号的上升和下降时刻以及带宽。下面评论与ADI公司LDO的表征和运用有关的一些重要参数。
输入电压规模: ：LDO的输入电压规模决议了最低的可用输入电源电压。目标或许供给宽的输入电压规模，但最低输入电压有必要超越压降加上想要的输出电压值。例如，150m V的压降关于安稳的2.8V输出来说意味着输入电压有必要大于2.95V。假如输入电压低于2.95V，输出电压将低于2.8V。
接地（静态）电流: 静态电流Iq便是输入电流IIN和负载电流IOUT之间的差值，在规则的负载电流条件下丈量。关于固定电压稳压器，IQ等于接地电流IG。关于可调稳压器，如 ADP1715, 静态电流等于接地电流减去来自外部分压电阻网络中的电流。
关断电流: 这是指设备禁用时LDO耗费的输入电流，对便携LDO来说一般低于1.0 μ A。这个目标关于便携设备关机时长待机期间的电池寿数来说很重要。
输出电压精度:ADI公司的LDO具有很高的输出电压精度，在工厂制作时就被准确调整到±1%之内(25°C)。输出电压精度在作业温度、输入电压和负载电流规模条件下加以规则。差错规则为±x%最差状况.
线路调整率: 线路调整率是指输出电压随输入电压改动而发作的改动率。为了避免因为芯片温度改动引起的差错，线路调整率的丈量一般在低功耗状况或运用脉冲技能进行。
动态负载调整率: 只需负载电流缓慢改动，大多数LDO都能轻松地坚持输出电压挨近安稳不变。但是，当负载电流快速改动时，输出电压也将发作改动。当负载电流发作改动时输出电压会改动多少就决议了负载瞬态功用。
压差:压差指坚持电压安稳所需的输入电压和输出电压之间的最小差值。也便是说，LDO能够在输入电压下降时坚持输出负载电压不变，直到输入电压挨近输出电压加上压差，在这个点输出电压将”失掉”安稳。压差应尽或许小，以使功耗最小，功率最高。当输出电压下降到低于标称值100mV的电压时，一般被以为到达了这个压差。负载电流和结点温度会影响这个压差。最大压差值应在整个作业温度规模和负载电流条件下加以规则。
发动时刻:发动时刻被界说为使能信号的上升沿到VOUT挨近其标称值的90%时的时刻。这个测验一般是接上VIN、使能引脚从断开到接通的触发条件下进行丈量。补白：在使能引脚衔接VIN的某些状况下，发动时刻或许会大幅添加，因为带隙参阅需求必定的安稳时刻。在稳压器需求频频封闭和发动以节约功耗的便携体系中，稳压器的发动时刻是一个重要的考虑要素。
限流阈值: 限流阈值被界说为输出电压下降到给定典型值的90%时的负载电流。例如，3V输出电压的限流阈值被界说为形成输出电压下降到3.0V的90%或2.7V时的负载电流。
作业温度规模: 作业温度规模能够由环境温度和结点温度加以规则。因为LDO会发热，因而IC的作业温度总是超越环境温度，比环境温度高出多少取决于作业状况和PCB热规划。数据手册上规则有最大结点温度(TJ)，因为在最大结点温度之上作业过长的时刻会影响器材的可靠性—计算学上称为均匀毛病时刻(MTTF)。
热关断(TSD):大多数LDO具有主动温度调理设备，用于避免IC发作热失控。当结点温度超越规则的热关断阈值时，这个设备将关断LDO。为了在重启之前让LDO冷却下来，要求必定的滞后时刻。TSD很重要，因为它不单单维护LDO；过多的热量影响的不止是稳压器。从LDO传导到PCB（或从电路板上更热的元件传导到LDO）的热量跟着时刻的推移或许损坏PCB资料和焊接可靠性，也会损坏邻近元件，从而缩短便携设备的寿数。别的，热关断将影响体系的可靠性。因而，用于操控电路板温度的热规划（散热器、冷却设备等）是重要的体系考虑要素。
使能输入: LDO使能信号以正和负逻辑的办法供给，用于封闭和发动LDO。高电平有用逻辑在使能端电压超越逻辑高电平门限时使能器材，低电平有用逻辑在使能端电压低于逻辑低门限电平常使能器材。使能输入答应外部操控LDO的封闭和发动，这是多电压轨体系中调整电源上电次序的一个重要特性。一些LDO具要适当短的发动时刻，因为它们的带隙参阅在LDO禁用时是翻开的，答应LDO更快地发动。
欠压闭锁:欠压闭锁(U V LO)能够保证只需在体系输入电压高于规则阈值时才向负载输出电压。UVLO很重要，因为它只在输入电压到达或超越器材安稳作业要求的电压时才让LDO器材上电。
输出噪声: ：LDO的内部带隙电压参阅是噪声源，一般用给定带宽规模内的毫伏有用值表明。例如，A D P121在VOUT为1.2V时，在10k H z至100kHz的带宽规模内有40μV rms的输出噪声。在比较 数据手册目标时，给定的带宽和作业条件是重要的考虑要素。
电源按捺比: 电源按捺比(P SR)用分贝表明，代表了LDO在宽的频规模（1k H z至100k H z）内对来自输入电源的纹波的按捺才能。在LDO中，PSR能够用两个频段表征。频段1从直流到操控环路的单位增益频率，这时的PSR取决于稳压器的开环增益。频段2在单位增益频率之上，这 时的PSR不受反应环路的影响，PSR取决于输出电压以及从输入到输出引脚的任何走漏途径。挑选一个合适的高值输出电容一般会改善后个频段的PSR。在频段1，ADI公司专有的电路规划能够削减因为输入电压和负载改动引起的PSR改动。为了取得最佳的电源按捺功用，PCB地图规划时有必要考虑减小从输入到输出的走漏，并且要有鲁棒性的接地功用。
最小输入和输出电容: 最小输入和输出电容应大于在各种作业条件（尤其是作业电压和温度）下的规则值。在器材选型时有必要考虑运用中的各种作业条件，保证满意最小的电容标准。引荐运用X7R和X5R型电容。Y5V和Z5U电容不引荐在任何LDO电路中运用。
反向电流坚持特性:选用PMOS传输管的典型LDO在VIN和VOUT之间有一个本 征体二极管。当VIN大于VOUT时，这个二极管将 处于反偏状况。假如VOUT大于VIN，这个本征二极管将变成前向偏置，发作从VOUT到VIN的电流，从而形成损坏性的功耗。一些LDO，如e ADP1740/ADP1741,有额定的电路避免从VOUT到VIN的反向电流活动。反向电流维护电路检测到VOUT超越VIN时，将回转本征二极管衔接的方向，使二极管仍处于反偏状况。
S软发动:可编程软发动有助于减小发动时的浪涌电流和供给上电次序。关于发动时要求浪涌电流受控的运用，有些LDO（如A D P 174 0 /A D P 1741）供给了可编程的软发动(S S)功用。为了完成软发动，在SS和地引脚之间需求衔接一个小的陶瓷电容。
结束语
LDO履行的是一个重要功用。尽管概念上很简单，但在运用时需求考虑许多方面的要素。本文介绍了根本的LDO拓扑，解说了一些要害目标和低压差稳压器在体系中的运用。在数据手册中还包含了许多有用的信息。欲了解进一步信息（选型攻略、数据手册、运用笔记）—以及获取人工协助的办法—请拜访 电源办理6网站. 这个网站一起还供给业界最快、最准确的DC/DC电源办理规划东西7ADIsimPower™。
参阅电路
1 Dobkin, R., “Break Loose from Fixed IC Regulators,” Electronic Design, 1977年4月12日。
2 http://www.analog.com/en/power-management/multifunction-power-ics/products/index.html
3 http://www.analog.com/en/power-management/linear-regulators/products/index.html
4 Patoux, J., 运用工程师 问答37—低压差调理器， 模仿对话 41-2 (2007),第8至10页。
5 有关ADI公司的一切器材信息，请拜访 www.analog.com.
6 http://www.analog.com/en/power-management/products/index.html
7 http://designtools.analog.com/dtPowerWeb/dtPowerMain.aspx
