电源小白入门学习4——LDO的选择与使用技巧

上期我们介绍了开关电源系统中一些常见的元器件，这期我们来学习LDO的选择与使用技巧

LDO简介

LDO的全称是低压差线性稳压器（Low Drop-Out Linear Regulator），是一种常用的稳压器件。它采用线性稳压技术，可以将高电压转换为稳定的低电压，用于供电各种电子设备和系统。

与传统的线性稳压器（例如78XX系列芯片）相比，LDO具有更低的输出电压降，即更低的压差，因此称为“低压差”稳压器。这使得LDO可以在更小的输入电压范围内工作，从而提供更高的效率和更好的稳定性。

以下是LDO的一些特点和优势：

• 低输出电压降：LDO通常具有0.2-0.3V的输出电压降，相对于传统稳压器较低。这使得LDO可以在更小的输入电压范围内工作，从而提高了效率和稳定性。

• 高精度：LDO具有高精度的输出电压稳定性，通常可以达到0.5%或更高的精度。这使得LDO在需要高精度电源的应用中非常有用，如模拟电路、传感器等。

• 快速响应：LDO可以快速响应负载变化，因此在需要快速响应的应用中非常有用，如CPU、FPGA等。

• 低噪声：LDO具有低噪声的特点，通常可以在100mV以下的范围内工作。这使得它在需要低噪声电源的应用中非常有用，如音频、视频等。

• 简单设计：LDO的设计相对简单，通常只需要少量的外部元件就可以实现，因此成本较低。

LDO工作原理

一般的LDO芯片你有三种引脚：Vin（输入），Vout（输出），GND/ADJ（GND或者电压输出调节端口）。其内部结构原理如图，分为以下四个部分：

• 电压输出：首先LDO会输出一个固定的电压。
• 电压反馈：通过RA和RB对输出的电压采样，作为比较器de输入。
• 比较：采样的电压与基准电压比较，通过比较器的输出控制电源。
• 电源控制：通过电源控制流入晶体管B极的电流，从而控制流过Q1的电流。

以上就算LDO的基本工作原理，从中我们可以得到LDO的几个特点：- Q1的单流发生改变，使得输出电压改变，得到我们需要的电压。

• 存在最小压降：当LDO处于工作状态时，晶体管Q1导通，那么在Q1上就一定会有一个压降，也就是我们说的最小压降，并且当LDO负载电流增加时，晶体管的压降也会随之增加(因为Q1导通的内阻可以说是一定的)。
• 流入LDO的电流 = 负载电流。
• 只能做降压。
• 容易发热，效率不高
• 只适合于低功耗场合。

LDO选型

1.效率问题

• 当输入为12V，输出为11.5V时，LDO的效率可以达到11.5 / 12 = 95.8%，
• 当输入为12V，输出为3.3V时，LDO的效率为 3.3 / 12 = 27.5%,这个时候效率就很低了。
• 我们在电路设计时应该考虑LDO的效率，避免过多的效率损耗。
  

2. LDO电压降（VDO）

• 压降（VDO): 输入与输出之间能够维持正常工作的最小压差。
• 对于稳压输出, 输入必须比输出高，VIN =VOUT+VDO。
• 不同的LDO芯片，压降是不同的： LM7805 需要至少 2V 的压降，LDO – 低压差器件, 通常<1V (~300mV 比较常见)，VLDO – 极低压差器件, <100mV，LT3071 只有85mV压差 @ 5A 输出。
• 压差和输出电流有直接关系，输出电流越大，压差也越大。
  

3. 损耗功率与热问题

• LDO的最大损耗功率（PD） = VDO * IOUT + IQ * Vin (这一项很小，一般可忽略)。
• 结温（TJ） = TA + PD * QJA ，其中TA为环境温度，QJA为芯片内部到外界环境之间的热阻。当结温大于规格书给的最大结温(TJMAX)时，芯片就可能会烧毁，而无法正常工作.
• 不同封装的LDO芯片，QJA是不同的。可以通过选择QJA较小的芯片，帮助芯片散热。
• 同时也可以增加散热片，加快芯片散热。

在电路设计中，需要控制芯片的温度，需要结合芯片工作的损耗功率、热阻、以及外界环境来综合考虑。

3. 输入输出电容的影响

• 适当大小的Cin，可以防止调整器在瞬态突变负载时进入跌落状态。
• Cout的类型影响稳定性和瞬态响应，如果Cout的值选择合理，可能会出现稳定性问题。
• 较大的Cout会减少峰值偏移改善瞬态响应。
• 通常来说，在数据手册里面，都会有明确的标注输出电容的容值以及类。
• 而用于暂态响应的最佳Cout是不同类型电容的并联组合。
  

以上就算LDO在选型过程中需要注意的地方，除了这些，还有电源抑制比（PSRR），噪声、静态电流（IQ）等参数也需要注意，这里就不做介绍。

LDO并联问题

你是否有过这样的疑问：能不能把两个LDO并联在一起使用，使能够输出的电流加倍呢？这个方法理论上是可行的，但实际电路中却是不建议这么做。

• 当多个LDO并联工作时，很难做到每个LDO输出的电流相同（电流平均），往往会出现一个LDO输出电流过大，而另一个输出电流偏小的情况。
• LDO输出的电压会存在误差，也就是说并联在一起的两个LDO输出的电压也会有大有小，输出电压大的，输出的电流也会更大。承受的压力也就会更大（比理论值要大），长期工作的话就更容易烧坏，当有一个LDO烧毁时，所有的电流就需要另一个LDO提供，这样子，另一个LDO也会无法承受太大的电流烧毁。

那么有没有能够并联使用的LDO呢，答案是肯定的，这就是LDO未来需要发展的趋势。

LDO的新发展

• 左边的是传统的LDO内部工作原理，右边是未来LDO的内部框架
• 新发展趋势的内部原理相对于传统的LDO，取消了电压反馈的部分，而是采用了电流源与电阻的形式控制输出电压。极大的改善了电压调节能力和瞬态响应效果。
• 使得输出电压降到0成为了可能，
• 在并联时只需要讲LDO的基准电压输入接到一起，在方便使用的同时，提供更大的电流。
  
  

以上就算本期的所有内容，如有不对，希望大家指出来，我们一进步！！！