LDO原理結(jié)構(gòu)及應用

　　LDO的種類

　　LDO是新一代的集成電路穩(wěn)壓器，它與三端穩(wěn)壓器最大的不同點在于，LDO是一個自耗很低的微型片上系統(tǒng)(SoC)。

　　LDO按其靜態(tài)耗流來分，分為OmniPowerTM / MicroPowerTM / NanoPowerTM三種產(chǎn)品。

　　OmniPowerTM LDO的靜態(tài)電流在100mA-1mA，是一種靜態(tài)電流稍大但性能優(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、電器產(chǎn)品。因其需求量大，生產(chǎn)量大，而生產(chǎn)成本極低，價格十分便宜。

　　MicroPowerTM LDO的靜態(tài)電流在10mA-100mA，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，給它一個高或低的電平可使它進入工作狀態(tài)或睡眠狀態(tài)，具有最好的性能/功率比，適用于在需要低噪音的手機電源中使用。

　　NanoPowerTM LDO的靜態(tài)電流小于10mA，通常只有1mA。是一種毫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。

　　見圖1。

　　LDO的結(jié)構(gòu)

　　LDO的結(jié)構(gòu)是一個微型的片上系統(tǒng)，它由作電流主通道的、具有極低在線導通電阻RDS(ON)的MOSFET、肖特基二極管、取樣電阻、分壓電阻、過流保護、過溫保護、精密基準源、差分放大器、延遲器、POK MOSFET 等專用晶體管電路在一個芯片上集成而成。如圖2。

　　POK(Power OK)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”。

　　工作原理及效率

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

　　LDO是一個步降型的DC/DC 轉(zhuǎn)換器，因此Vin > Vout，它的工作效率一般為60-75%，靜態(tài)電流小的效率會好一些。

　　LDO選擇原則

　　當所設計的電路要求分路電源具有下列特點時：

　　1) 低噪音、高紋波抑制;

　　2) 占用PCB板面積小(如手機、手持電子產(chǎn)品);

　　3) 電路電源不允許使用電感器(如手機);

　　4) 電源需要具有瞬時校準和輸出狀態(tài)自檢功能;

　　5) 要求穩(wěn)壓器低壓降、自身低功耗;

　　6) 線路要求低成本和簡單方案;

　　此時，選用LDO是最確當、最實用、最方便、最經(jīng)濟的。

　　應用簡介

　　LDO的應用電路十分方便簡單，工作時僅需要二個作輸入、輸出電壓退耦降噪的陶瓷電容器，見圖3。

　　Vin和Vout的輸入和輸出濾波電容器，應當選用寬范圍的、低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低價陶瓷電容器，使LDO在零到滿負荷的全部量程范圍內(nèi)穩(wěn)壓效果穩(wěn)定。

　　一些LDO有一個Bypass附加腳，由它連接一個小的電容器，可以進一步降低噪音。

　　電容器的選擇關系到設計產(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、等效串聯(lián)電阻(ESR)等這些重要參數(shù)都是設計工程師所要考慮的。

　　在LDO使用電路的設計中，陶瓷電容器是最好的選擇，因為陶瓷電容器無極性和具有低的ESR，典型值<100mΩ，電容器的ESR對輸出紋波有重大影響。

　　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，但使用成本略高，X5R 電介質(zhì)較好，性能/價格比適宜，而Y5V電介質(zhì)較差，但成本較低。

　　LDO在PCB板上的工藝走線十分重要，當工藝走線不良和靠近RF線時降噪性能會受影響。濾波電容器匯入地節(jié)點選擇不良時，由負載返回地的電流中，噪音和紋波都會增加。在通常的布線設計中常常遇到此類情況(圖4)。

　　如將此布線線路優(yōu)化，則可在由負載返回地的電流中，噪音和紋波都降至最小(圖5)。

　　理想的PCB板布線設計是接地點盡可能的粗短和走捷徑，走線一定要考慮各個器件間的干擾和輻射，器件的合理排列可有利于有效地減少各個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，可是靜態(tài)電流、壓降、噪音和成本等的內(nèi)在性能有很大的提高(表1)。

　　LDO的應用電路如圖7所示，可供參考。