LDO的類(lèi)型及其工作原理

1、什么是LDO

LDO（Low Dropout Regulator），是一種低壓差線性穩(wěn)壓器，所謂低壓差是一個(gè)相對(duì)的概念，相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)輸入輸出壓差小。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如7805芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓至少高出2V~3V，否則就不能正常工作，在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉(zhuǎn)3.3V，輸入與輸出之間的壓差只有1.7v。在LDO的各種參數(shù)中Dropout Voltage是一個(gè)比較重要的參數(shù)，Dropout Voltage是指在特定負(fù)載條件下維持Vout輸出變化率小于±1%的最小輸入電壓Vin與Vout的差值，當(dāng)然不同公司的產(chǎn)品對(duì)dropout voltage定義略有不同，大同小異。

2、NPN型LDO

早期的LDO采用三極管設(shè)計(jì)并且使用NPN類(lèi)型較多，如ASM117、LM317等，ASM117結(jié)構(gòu)框圖如下：

這種NPN類(lèi)型LDO需要保證功率管的Vbe一定的壓降，通過(guò)調(diào)整功率管的Vbe調(diào)節(jié)輸出電壓。但是這里有一個(gè)問(wèn)題，Vb越高，三極管導(dǎo)通程度越大，Ve的電壓就會(huì)越高，Vbe反而越小，隨著Vb的提高，最后會(huì)平衡到一個(gè)點(diǎn)。由于這個(gè)特點(diǎn)，導(dǎo)致NPN型號(hào)三極管的dropout voltage不會(huì)太小，例如ASM1117的dropout voltage大約在1.1V，雖然它也叫LDO。

3、PNP型LDO

還有另外一種設(shè)計(jì)，就是PNP類(lèi)型LDO，這種設(shè)計(jì)能夠做到比較小的dropout voltage，為什么能做到比較小的壓差呢？這是PNP型三極管的特點(diǎn)導(dǎo)致的。Vb=Ve，即Vbe = 0的時(shí)候PNP三極管截止，逐漸減小Vb，Vbe增大，三極管導(dǎo)通能力增大，隨著Vb的減小，Vbe增大，但Ve的電壓不變，三極管的導(dǎo)通程度不會(huì)影響Vbe。所以能夠做到很小的dropout voltage，例如下面的LT3041，在1A負(fù)載下，dropout voltage，最大值480mV。由于PNP型三極管導(dǎo)通電阻相對(duì)較大，因此大功率三極管類(lèi)型LDO一般都是NPN型。

4、PMOS型LDO

這種類(lèi)型的LDO和PNP型LDO類(lèi)似，能夠做到較小的dropout voltage，由于MOS的導(dǎo)通壓降更小，因此dropout voltage比PNP型LDO更小。PMOS類(lèi)型的LDO內(nèi)部原理基本上都是以下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

5、NMOS型LDO

這種類(lèi)型的LDO和NPN型LDO類(lèi)似，能夠做到較小的dropout voltage，由于MOS的導(dǎo)通壓降更小，因此dropout voltage比NPN型LDO更小。由于相同條件下PMOS的導(dǎo)通電阻大于NMOS的導(dǎo)通電阻，所以NMOS類(lèi)型的LDO比PMOS類(lèi)型的dropout voltage更小。

NMOS LDO也有NPN型LDO類(lèi)型的缺點(diǎn)，就是Vgs和導(dǎo)通程度相關(guān)，必須增加更高的偏置電壓才行，所以部分NMOS類(lèi)型LDO一般帶有一個(gè)偏置管腳，有些芯片不帶偏置但是為了方便使用，內(nèi)部增加了泵壓電路。如型號(hào)TPS73215，此型號(hào)LDO在最大負(fù)載250mA的情況下，dropout voltage最大只有150mV，典型值只有40mV，可以說(shuō)非常小了。

總結(jié)：

目前市面上小功率的的LDO一般都是PMOS類(lèi)型，NMOS類(lèi)型由于需要額外的泵壓電路才能獲得更低的dropout voltage，設(shè)計(jì)復(fù)雜度高一些，成本也會(huì)高一些，但是壓差可以做的更低。