电源之LDO-2. LDO的压降

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-----本文简介-----

    本文是对此前文章的重新整理，包括图片优化、错误更正等，点击文末阅读原文可以阅读原始文章。

主要内容包括：

    ①：什么是LDO的压降？

    ②：LDO的压降如何产生？

    ③：如何降低LDO的压降？

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电源之LDO-1.LDO基础知识

电源之LDO-2. LDO的压降

电源之LDO-3. LDO的热性能

电源之LDO-4. LDO的电源抑制比

电源之LDO-5. LDO的噪声

电源之LDO-6. LDO的输出电容

电源之LDO-7. LDO的电流相关概念

电源之LDO-8.LDO选型与计算

电源之LDO-9.LDO的PCB布板

-----正文-----

1. 什么是压降？

    压降电压 Vdrop 是指为实现正常稳压，输入电压 VIN 必须高出所需输出电压 VOUT的最小压差。

2. 压降在数据手册中如何体现?   

    以经典LDO AMS1117-3.3为例，在数据手册中其Vdrop电压在0.8A时为1.1V，意味着想要输获得3.3V-0.8A的功率输出，在不考虑温度等其他影响条件下，VIN至少要等于3.3+1.1=4.4V。

    部分手册还会给出具体的输出电流-Vdrop曲线，如下图1

图1 Iout-Vdrop

3.  决定压降的因素是什么？    

    输出电流是Vdrop的一大影响因素，但其决定因素是LDO 的架构。为说明原因，我们分别介绍PMOS结构LDO与NMOS型LDO，并对比其工作情况。

图2 PMOS型LDO   

    PMOS型号LDO稳压输出原理：当Vout小于Vref+(1+R1/R2)，即FB小于Vref，运放VP小于VN，运放输出电压Vg减小，Vin不变，即Vs不变，则|Vgs|=|Vg-Vs|增大，所以MOS的Vds减小，Vout=VIN-Vds增大，产生了负反馈；反过来同理。

    因为运放输出电压最低是0V，所以VGS最大值为VIN-0=VIN，即Vds有限小，Vdrop就等于Vds，这就是PMOS的Vdrop有限小的原因。同时，当输出电流增大时，Vgs也需等大，依旧是同样的原因，输出电流也有限大。为什么数据手册上给的Vdrop要限制输出电流为0.8A？正是由于输出电流和Vdrop都受运放最小输出电压限制。

    同时由于VGS的最大值等于VIN，所以PMOS型LDO在大电压输入的场合更能获得低的Vdrop。

图3 NMOS型LDO

    与PMOS相似的负反馈，不再赘述，不同的是，NMOS型的Vgs因为Vg受运放最大输出电压Vg的影响有限大，所以Vdrop=Vds有限小。

4. 如何降低压降    

    了解了NMOS和PMOS型LDO的控制逻辑后我们可以轻易得出降低Vdrop的方法-增大|Vgs|，由于Vs我们无法控制，因此我们可以通过增大Vg来增大Vgs，一般有以下两种方法。

         ①. 为运放增加专用的辅助电源，此电源大于输入电压。

图4 加入专用电源的LDO

          ②. 更简单的方法是加入电荷泵提高运放供电电压。 

图5 带电荷泵的LDO

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