低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本原理和具體案例

低壓差線性電源（LDO）是什么？

LDO是線性電源的一種，它的英文全稱是Low Dropout Regulator，是指輸入電壓與輸出電壓之差很小，且輸出電流很小的線性電源。

基本原理：

LDO的工作原理基于一個控制回路，它監(jiān)測輸出電壓并與參考電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓低于參考電壓，控制回路會調(diào)整調(diào)節(jié)器件的工作狀態(tài)，使其輸出電壓增加。相反，如果輸出電壓高于參考電壓，調(diào)節(jié)器件會減少輸出電壓。這種反饋機制使得LDO能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓。

具體案例：

低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本電路如下所示，該電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

對此的理解：穩(wěn)壓管為運放反向端提供穩(wěn)定的參考電壓Uref, 輸出端通過R2的分壓提供運放同相端的電壓。當(dāng)輸出電壓過高時，同相端電壓值大于反向端參考，輸出為正值，因此三極管截止，Uout下降。當(dāng)輸出電壓Uout過低時，同相端電壓值小于反向端參考，輸出為負(fù)值，因此三極管導(dǎo)通，Uout上升。因此，穩(wěn)壓電路就是通過這種機制不斷調(diào)節(jié)輸出電壓，使其保持穩(wěn)定。

取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓 Uout超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動電流減小，從而使輸出電壓降低。

運放負(fù)端提供穩(wěn)定的電壓，運放正端通過輸出電壓由電阻網(wǎng)絡(luò)分壓得到。但輸出電壓高時，運放正端電壓也高，比負(fù)端值大，運放輸出為正，MOS管截止，OUT輸出降低；當(dāng)輸出電壓低時，運放正端電壓也低，比負(fù)端值小，運放輸出為負(fù)，MOS管導(dǎo)通，OUT輸出升高。穩(wěn)壓芯片就是通過這種機制不斷調(diào)整輸出電壓，使其穩(wěn)定的。

最為經(jīng)典的LDO芯片---LM1117的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

Die of the LM1117 low-dropout (LDO) linear voltage regulator

LM1117的介紹

800mA LOW DROPOUT VOLTAGE REGULATOR

1117的結(jié)構(gòu)框圖

參考電壓源：LM1117內(nèi)部集成了一個參考電壓源，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的參考電壓。這個參考電壓源通常采用基準(zhǔn)電壓源和放大電路組成。

誤差放大器：LM1117內(nèi)部包含一個誤差放大器，用于比較輸入電壓和參考電壓，產(chǎn)生誤差信號。誤差放大器通常采用差分放大器的結(jié)構(gòu)。

錯誤放大器驅(qū)動器：誤差放大器的輸出信號經(jīng)過錯誤放大器驅(qū)動器進(jìn)行放大，驅(qū)動電源輸出級。

輸出級：輸出級由錯誤放大器驅(qū)動，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸入電壓，使其穩(wěn)定在設(shè)定的輸出電壓。輸出級通常由功率晶體管、電流限制電路和反饋電路組成。

LDO的優(yōu)缺點分析：

LDO的主要優(yōu)點是其穩(wěn)定性和低噪聲性能。由于LDO使用線性調(diào)節(jié)器件，它可以提供精確的輸出電壓，通常具有較低的輸出紋波和噪聲。此外，LDO還具有快速的響應(yīng)速度和較高的負(fù)載能力。

然而，LDO也存在一些限制。首先，由于LDO是通過線性調(diào)節(jié)器件進(jìn)行電壓降低，它的效率相對較低。其次，LDO對輸入電壓的差異較為敏感，因此輸入電壓必須在規(guī)定范圍內(nèi)。此外，LDO還需要一定的輸入-輸出差異電壓，這可能導(dǎo)致較大的功耗。

LDO總結(jié)：

LDO是一種基于線性電源原理的低壓差電源，它具有體積小、價格低、穩(wěn)定、低噪聲、低溫漂、高精度等優(yōu)點，適用于需要小功率、低噪聲、低溫漂的電子設(shè)備中。

但是，它的響應(yīng)速度較慢，壓降較大，因此不太適用于需要大功率、快速響應(yīng)的電子設(shè)備中。