提升LDO性能實(shí)現(xiàn)低功耗精密電壓輸出

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）電流環(huán)路，自20世紀(jì)50年代開始，就已經(jīng)成為過程控制系統(tǒng)中信號(hào)傳輸和電子控制的標(biāo)準(zhǔn)。很多電流環(huán)路的電源是通過LDO來提供的，這是一種簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的方法，可在多種應(yīng)用中將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓。

LDO的熱性能影響

LDO 的本質(zhì)是通過將多余的功率轉(zhuǎn)化為熱量來調(diào)節(jié)電壓，從而使該集成電路非常適合低功耗或VIN與VOUT差值較小的應(yīng)用。我們知道DC/DC的效率普遍是高于LDO的，其實(shí)當(dāng)輸入電壓和輸出電壓很接近，那么LDO穩(wěn)壓器也能達(dá)到很高的效率，也就是壓差足夠小的情況下，LDO效率其實(shí)并不低。但如果并不接近，壓差太大，消耗在LDO上的能量會(huì)增加不少，既會(huì)增加器件功耗又會(huì)影響效率。

這一點(diǎn)很好理解，不考慮接地電流的情況下，LDO的輸入電流和輸出電流是相等的，那么輸入和輸出電壓相差得越多，則就有更多剩余功率都耗散在LDO中，這導(dǎo)致剩余的電能轉(zhuǎn)化為熱量，影響功耗影響效率。

LDO的熱性能是衡量封裝器件將熱量從裸片傳遞到PCB的指標(biāo)，如果封裝不能很好地耗散功率，那裸片會(huì)發(fā)熱導(dǎo)致器件關(guān)斷，長(zhǎng)此以往可靠性也會(huì)降得很低。PCB的設(shè)計(jì)和布局以及散熱焊盤尺寸會(huì)明顯影響到LDO的熱性能。所以有時(shí)候并不能一味地追求小封裝，尺寸上的稍稍增加能使得溫升進(jìn)行得更慢，在小型化和散熱性能上需要做取舍衡量。

在LDO設(shè)計(jì)布局中可以盡可能多地將銅連接到LDO散熱焊盤，增大散熱尺寸，并在LDO周圍規(guī)劃散熱過孔，這都能有效幫助LDO提升散熱能力。

降低LDO功耗延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間

降低功耗是現(xiàn)在各種電源芯片都重點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)環(huán)節(jié)，降低靜態(tài)電流是行之有效的一個(gè)辦法，但前提是靜態(tài)電流的降低不會(huì)降低整體設(shè)備的系統(tǒng)性能。LDO如果能提供低的待機(jī)功耗和出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，那么相關(guān)設(shè)備就能在維持主要性能的同時(shí)最大限度地延長(zhǎng)整機(jī)電池的運(yùn)行時(shí)間。

靜態(tài)電流是指LDO空載和非開關(guān)但啟用狀態(tài)下消耗的電流，對(duì)于LDO來說這一電流的主要貢獻(xiàn)來自電壓參考和誤差放大器。另一個(gè)和靜態(tài)電流相關(guān)的是LDO的Dropout電壓，Dropout電壓也就是指輸入電壓VIN必須保持在所需輸出電壓VOUT以上的最小電壓差。

如果輸入/輸出電壓降低到Dropout電壓，則LDO電路中的FET柵極的驅(qū)動(dòng)電壓將達(dá)到其工作極限。在這個(gè)過程中，當(dāng)所有這些內(nèi)部回路都飽和時(shí)，靜態(tài)電流通常會(huì)大幅上升。所以LDO需要使用平衡的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路來保持合理的靜態(tài)電流，即使是在Dropout狀態(tài)。

噪聲與LDO

LDO作為電子器件也會(huì)有噪聲，噪聲來源分為內(nèi)部噪聲與外部噪聲。外部噪聲的抑制能力PSRR和LDO的整體設(shè)計(jì)相關(guān)。想進(jìn)一步提高外部噪聲抑制也可以通過額外增加濾波等手段來實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部噪聲集中在噪聲頻譜的低側(cè)，這種噪聲主要來自內(nèi)部參考電壓，也有可能來自誤差放大器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電阻分壓器。

很少會(huì)選擇降低誤差放大器帶寬來抑制內(nèi)部噪聲，這會(huì)降低器件的動(dòng)態(tài)性能。加上前饋電容是提高LDO整體性能很好的辦法，既能改善噪聲性能，也有提供更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，對(duì)于PSRR也有幫助。

噪聲抑制盡可能還是要在LDO內(nèi)部做文章，增加額外器件會(huì)增加成本與體積，合理且靈活的內(nèi)部設(shè)計(jì)更契合現(xiàn)在的趨勢(shì)一些。

小結(jié)

不同應(yīng)用的方向LDO看重的性能不盡相同，有的看重低噪聲和高電源抑制能力，有的看重功耗，有的看重LDO對(duì)負(fù)載的調(diào)整能力。對(duì)很多需要低功耗的精密輸出電壓應(yīng)用來說，LDO都是很合適的選擇。