低壓差線性穩(wěn)壓器的選用技術(shù)

低壓差線性穩(wěn)壓器相對(duì)常用的三端穩(wěn)壓器具有更高的性能，PCB面積占用和功耗更低，在手機(jī)等便攜產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹了LDO器件的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，并提出了可借鑒的參考設(shè)計(jì)。

低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)是新一代的集成電路穩(wěn)壓器，它與三端穩(wěn)壓器最大的不同點(diǎn)是，LDO是一個(gè)自功耗很低的微型片上系統(tǒng)(SOC)。LDO按其靜態(tài)耗電流來分，可分為OmniPower、MicroPower 、NanoPower三種產(chǎn)品，OmniPower LDO的靜態(tài)電流在100uA~1mA之間，MicroPower LDO的靜態(tài)電流在10uA~100uA之間，NanoPower LDO的靜態(tài)電流小于10uA，通常只有1uA。

OmniPower LDO是一種靜態(tài)電流梢大但性能優(yōu)于三端穩(wěn)壓器的新型線性穩(wěn)壓器，適用于使用AC/DC固定電源的所有電子產(chǎn)品，因其需求量大，生產(chǎn)量大，而生產(chǎn)成本極低，價(jià)格十分便宜；MicroPower LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，它具有極低的自有噪音和較高的電源紋波抑制(PSRR)，具有快捷的使能控制功能，給它一個(gè)高(或者低)的電平可使它進(jìn)入工作狀態(tài)或睡眠狀態(tài)，具有最好的性能/功率比，在需要低噪音的手機(jī)電源中必然使用；NanoPower LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，具有極低的靜態(tài)電流，穩(wěn)壓十分精確，最適用于需要節(jié)電的手提電子、電器產(chǎn)品。

LDO的結(jié)構(gòu)

LDO的結(jié)構(gòu)是一個(gè)微型的片上系統(tǒng)，它由作電流主通道具有極低在線導(dǎo)通電阻RDS(ON)的MOSFET、肖特基二極管、取樣電阻、分壓電阻、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、精密基準(zhǔn)源、差分放大器、延遲器和POK(Power OK) MOSFET等專用晶體管電路在一個(gè)芯片上集成而成。

POK是新一代LDO都具備的輸出狀態(tài)自檢、延遲安全供電功能，也有稱之為Power good即“電源好”。

LDO的效率

LDO 的工作原理是通過負(fù)反饋調(diào)整輸出電流使輸出電壓保持不變。

LDO是一個(gè)降壓型的DC/DC 轉(zhuǎn)換器，因此Vin ＞ Vout，它的工作效率:

LDO的工作效率一般在60~75%之間，靜態(tài)電流小的效率會(huì)好一些。

LDO的選擇

當(dāng)所設(shè)計(jì)的電路對(duì)分路電源有以下要求：

1． 高的噪音和紋波抑制；

2． 占用PCB板面積小，如手機(jī)等手持電子產(chǎn)品；

3． 電路電源不允許使用電感器，如手機(jī)；

4． 電源需要具有瞬時(shí)校準(zhǔn)和輸出狀態(tài)自檢功能；

5． 要求穩(wěn)壓器低壓降，自身功耗低；

6． 要求線路成本低和方案簡(jiǎn)單； [!--empirenews.page--]

此時(shí)，選用LDO是最恰當(dāng)?shù)倪x擇，同時(shí)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各種要求。

應(yīng)用指南

LDO的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)單方便，它工作時(shí)僅需要二個(gè)作輸入、輸出電壓退耦降噪的陶瓷電容器，參見圖 3。

Vin和Vout的輸入和輸出濾波電容器應(yīng)當(dāng)選用寬范圍、低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低價(jià)陶瓷電容器，使LDO在零到滿負(fù)荷的全部量程范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)壓效果。一些LDO有一個(gè)“Bypass”管腳，由它連接一個(gè)小的電容器，可以進(jìn)一步降低噪音。

電容器的選擇關(guān)系到設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，電容器的電容值、電介質(zhì)材料類型、物理尺寸和等效串聯(lián)電阻等這些重要參數(shù)都是設(shè)計(jì)工程師所要考慮的，在LOD應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)中，陶瓷電容器是最好的選擇，因?yàn)樘沾呻娙萜鳠o極性和具有低的ESR，典型值＜100mΩ。電容器的ESR對(duì)輸出紋波有重大影響，而ESR受電容器的類型、容量、電介質(zhì)材料和外殼尺寸影響，如常用的貼片電容器X7R 電介質(zhì)是最好的，使用成本略高，X5R 電介質(zhì)較好，性能/價(jià)格比適宜，Y5V 電介質(zhì)較差成本較低。

LDO在PCB板上的工藝走線十分重要，當(dāng)工藝走線不良和靠近RF線時(shí)降噪性能會(huì)受影響。此外，濾波電容器匯入地節(jié)點(diǎn)選擇不良時(shí)，由負(fù)載返回地的電流中，噪音和紋波都會(huì)增加，在通常的布線設(shè)計(jì)中常常遇到此類情況，參見圖 4。如將此布線線路優(yōu)化，則可在由負(fù)載返回地的電流中，噪音和紋波都降至最小，見圖 5。理想的PCB板布線設(shè)計(jì)是接地點(diǎn)盡可能的粗短和走捷徑，走線一定要考慮各個(gè)器件間的干擾和輻射，器件的合理排列有利于有效地減少各個(gè)器件間的相互干擾和輻射，如圖 6所示。

新一代的LDO都是用CMOS工藝生產(chǎn)的，它和使用Bipolar工藝生產(chǎn)的LDO功能上沒有多大的區(qū)別，而靜態(tài)電流、壓降、噪音等內(nèi)在性能有很大的提高，成本更低。

LDO的應(yīng)用思路可參考圖7所示電路。