LDO 电路：基础知识、工作原理和应用
您是否正在为您的 PCB 设计电源调节策略？或者您正在为您的电路板创建定制电源？如果是，那么思考控制发送到组件的功率的最佳方法至关重要。这适用——尤其是在处理高速数字系统时。那么，电源重要吗？无论您是从线路电压还是电池获取电力，都需要将输入功率控制在系统的最佳水平。例如，如果您使用电池供电，LDO 电路将是理想的选择。这是因为线性稳压器提供了足够的电压。此外，它还提供了来自输入电压的较低稳定电压。
也就是说，我们将通过重点介绍 LDO 的元素、工作原理、应用等来更多地讨论 LDO。
开始吧！
什么是 LDO？
LDO 是一个首字母缩写词，意思是 Low Dropout。您也可以将其称为饱和型或低损耗型线性稳压器。并且它在输入和输出电压之间的低PD（电位差）下工作。
LDO 稳压器只能接受比首选输出电压稍大的输入电压。这是因为该设备是具有可变输入电压的降压 DC-DC 转换器。因此，压差电压是指连接输入和首选输出电压或电源输入的最小方差。
此外，不管该器件的低功率效率如何，它都能以约 1V 的低压差稳定运行。线性稳压器还可以提供不同的电压等级，输出稳定恒定。
此外，LDO 的输出电压与电池的放电、温度、功率损耗和负载阻抗无关。例如，您的锂离子电池的输入电源范围为 2.7V 至 4.2V。 2.7V 表示完全放电的电池，而 4.7V 表示完全充电的电池。因此，如果您的电池电压降至 3V 以下，LDO 可以将您的输出保持在 2.5V。
LDO 稳压器的元素是什么？
LDO 的元素或关键组件包括：
误差放大器
电路图中的误差放大器
来源：维基共享资源
如果您计划设计 LDO 的误差放大器，则尽可能降低电流至关重要。为什么？因为传输晶体管的栅极电容很大。因此，放大器的输出电阻应该很低。
此外，误差放大器有两个输入。第一个是分压器将输出电压降低。然后，接下来是参考电压。因此，当它完成比较两个输入时，误差放大器将修改传输元件的电阻。
传递元素
电路图中的传递元素
来源：维基共享资源
误差放大器驱动反馈回路内的通路元件。传输元件有助于将电压从输入端转移到负载中。另外，您可以使用 NMOS 和 PMOS 作为 pass 元素。
当您仔细查看电路时，您会注意到 Vo(s) 连接到 V1(s)。此外，PMOS 晶体管需要一个最小电压才能正确调节并保持湿透。
并且最小的漏源电压V2(s)负责提供最小的电压。但是，需要注意的是，PMOS 传输元件不适用于极低电压器件。
此外，您可以使用 NMOS 晶体管获得低压差电压、输出和输入。基于传输元件 (NMOS) LDO 的优势在于稳压器的输出位于晶体管的源极中。另外，NMOS进入源极跟随器配置。
电压参考
该元素指的是任何调节器的起点，因为它设置了误差放大器的工作点。此外，您还可以使用带隙类型的电压基准——因为它允许在低电源电压下工作。
输出电容
强大的输出电容
来源：维基共享资源
在负载瞬变的情况下，输出电容器使 LDO 能够在负载内移动电流，从而设置误差放大器。
此外，电容器的 ESR 起着重要作用，因为它限制了从电容器流入负载的电压。因此，如果您使用的是具有 ESR 范围（10 到 300m 欧姆）的 1µF 电容器，则可以使用以下电容器类型：
- 低 ESR 钽电容器
- 陶瓷电容器
- 聚合物电解电容器
反馈
此元素可帮助您按比例降低输出电压。此外，它还允许使用误差放大器在参考电压和输出电压之间进行比较。
LDO 的特点
- 低噪声稳压器可以输出稳定的电压。它在不受输入电压变化影响的情况下做到这一点。因此，LDO 非常适合为容易产生噪声的设备供电。
- 该设备需要一些外部组件（电阻器或电容器）。
- LDO 具有电流限制功能，可防止系统过热。
- LDO 具有输出放电电路，有助于快速放电并将输出端电压降至接近 IC GND 的位置。
- 设备具有热关机功能，有助于避免损坏和变质。
LDO 的工作原理是什么？
LDO稳压电路图
LDO 的主要组件是参考电压源、传输元件和误差放大器。通路元件是 P 沟道 FET 或 N 沟道。因此，它首先将输入电压施加到传输元件（N 沟道晶体管）。
然后，晶体管工作在线性区域以降低输入电压。这个过程一直持续到输入电压达到首选输出电压。此时，误差放大器识别出产生的输出电压。之后，误差放大器会比较两个参数（输出和参考电压）。
此外，误差放大器会将 FET 的栅极更改为正确的工作点。因此，它有助于确保输出具有准确的电压。因此，当输入电压发生变化时，误差放大器会调整场效应管使其具有恒定的输出电压。
当操作条件处于稳定状态时会发生什么？好吧，LDO 将充当一个简单的电阻器。另外，您可以使用其启用引脚打开或关闭稳压器。此功能可帮助用户避免在不使用 LDO 时使用电池。
什么时候使用 LDO？
- 如果您的输入电压范围较宽，则 LDO 是理想的选择。但是，必须考虑从电源获得稳定的电压输出。此外，您无需调整反馈回路中的 PWM 信号。这是因为组件不需要反馈给开关元件。
- 当您需要系统具有恒定的输出功率（无论输入电压降如何）时，您可以使用 LDO。
- LDO 还可用于降低输出以匹配首选输出电压。
其他高级 LDO 电路
高级 LDO 旨在提供用户可选择的参考电压。该功能使设备可编程。
通常，LDO 可以将高频旁路接地。这一切都归功于与输出对角线的并联电容器。但电路设计人员更注重对多级稳压器的输出进行滤波。遗憾的是，他们并不专注于输入过滤。
因此，您可以使用 EMI 滤波器来提升您的 LDO。这样，您的设备将符合 EMC/CISPR 标准。有趣的是，这一特性对于使用开关稳压器产生高次谐波至关重要。
此外，您还可以添加其他必要的方面来改善系统（模拟和数字）的配电。
选择 LDO 的重要参数
以下是选择 LDO 之前需要考虑的重要参数：
负载调节
该参数是指电路在不同负载条件下保持特定输出电压的能力。
负载调节 =ΔVout/ΔIout
静态电流
静止是一种休眠状态。因此，静态电流是指系统在待机模式下消耗电流。此外，这只发生在电池连接到您的设备时。
瞬态响应
瞬态响应描述了负载电流阶跃变化的最高允许输出电压差。您也可以调用线路阶跃响应。而这个参数是下面的函数：
最大负载电流（Iout max）
输出电容的ESR
输出电容值（Cout）
旁路电容（Cb）
瞬态响应方程为：
ΔVtr, max =(Iout, max / Cout + Cb) Δt1 + ΔVESR
线路调节
线路调节是电路在不同输入电压下保持特定输出电压的能力。并且可以表示为：
线路调节 =ΔVout / ΔVin
PSRR（电源抑制比）
LDO 的 PSSR 是器件可以丢弃 AC 元件的时间。交流元件的一个很好的例子是纹波电压。所以，你可以用下面的等式来表达：
PSRR (dB) =20 log (Vripple (in)/ Vripple (out))
LDO电路的应用
您可以在以下应用中使用 LDO 电路：
- 高效线性电源
- 电脑
- SMPS 后置稳压器和 DC/DC 模块
- 无线和有线通信
- 汽车应用
- 电池供电设备
- VPP 法规/PCMCIA VCC
- 工业应用
- 数字核心供应
结束语
LDO 电路在电子工业中发挥着重要作用。毕竟，大多数电源都需要一个线性稳压器来获得首选电压。因此，该器件非常适合需要恒定输出功率而不受输入压降影响的项目。
此外，您可以参考电路图以了解主要组件。您对 LDO 稳压器有何看法？请随时与我们联系以获取更多信息。
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