LDO电源工作原理，参数，选型等要求讲解

LDO电源芯片，一般不会用于大功率的电路设计中去，它主要用于要于，对线性要求比较高，并且电流不大的电路中去。下面一起和小北看看，在电路原理图设计时，我们应该要注意那些问题，以及LDO电源芯片的选型。

1.LDO基本原理

LDO是Low Dropout Regulator的缩写，意思是低压差线性稳压器。
低压差 是指输入电压-输出电压的值比较低。它的核心器件是由一个工作在线性区的调整管（晶体管或者MOSFET，即VT）以及一个放大器构成，如图下图所示。
 
利用R1和R2构成的分压网络对输出电压Vout采样，采样值送往放大器，与内部参考电压Vref比较，差值经放大器放大后，驱动VT，以实现对Vout的调整。当Vout减小d时，Vref与采样值的差值增大，放大器输出电压增大，使调整管的压降减小，Vout回到设定值。
对于LDO而言，可通过调整R1和R2的阻值，实现对Vout电压值的调整。Vout↓——>Vfb↓——>Vg↑——Iout↑——>Vout↑

注：我们在电源设计的时候，一般很难达到电源芯片手册上规定的性能指标，关于指标的意义。对于大部分工程师的电路设计来说达到70%左右也算是不错的。所以大家在电源芯片选型时一定要保留余量。

2、LDO特性参数
输入电压：基于制造工艺的局限，所有器件的输出电压都有一个参考范围。设计时应y根据要求进行选型。
输出电压：包含固定输出电压和可调输出电压两种，固定输出电压的LDO：优势是无需外部分压电阻、输出电压精确，缺点是可选的输出电压种类少；可调输出电压的LDO：优势是输出电压任意可调、应用广泛，缺点是精度收外部电路的影响。（在设计时，从获得高精度输出电压的角度来看，应尽量选择输出电压固定的LDO）
最大输出电流：决定LDO器件成本的重要因素。与DC/DC不同的是，LDO输出电流往往较小。

输入/输出电压差：压差Dropout是LDO选型时的一项重要参数，其往往是以确定的负载电流为条件定义的，且负载电流越大压差越大。不同器件的Dropout参数差别很大，一般而言，当LDO内部的调整管由MOSFET构成时，能获得较小的输入/输出压差。

注意原理图设计：
输入设计：输入需加电容Cin，容值按手册要求，一般在UF级别。
输出设计：输出需加电容Cout，容值按手册要求，一般在10 UF级别。
输出电压计算：Vout=Vref(1+R2/R1)

功耗：LDO最主要的缺点在于功耗偏大。LDO电源输入和输出端之间的压差不可避免（与DC/DC最主要的区别，LDO只能产生压降），且这种压降在调整管上产生的功耗将全部转化为热能（LDO在应用中，虽然电流不大，但不能忽略散热的问题）。其功耗计算公式：P=（Vin-Vout)*I，其实Iout和Iin基本是相等的，因为Iin就比Iout多了个Ignd，这个电流非常小，几乎可以忽略。可以简单把LDO看做是一个稳压管，压差越小，LDO的效率越高

封装热阻：

1.so8 83°C/W.最小布局面积。
2.so8 48°C/W.1平方英寸铜皮散热面积。
3.TO-263 37°C/W.1平方英寸铜皮散热面积。
4.TO-220 20°C/W.17°C/W 散热器。

线性调整率：指在某负载电流的条件下，当输入电压变化时，对应输出电压的变化量。LDO器件资料上的线性调整率参数往往是以确定的负载电流以及确定的输入电压变化量为条件，线性调制率越小，输入电压的变化对输出的影响越小，则LDO的性能越优异
。
负载调制率：指在某输入电压的条件下，当负载电流变化时，对应输出电压的变化量。负载电流增大，输出电压将减小，负载电流减小，输出电压将增大。负载调整率越小，负载的变化对输出端的影响越小，则LDO性能越优异。

接地电池（GND Pin Current）：即静态电流，是除输出电流以外，在LDO器件内部所消耗的电流，负载电流越大，接地电流越大。注：LDO接地电流对器件功耗的计算有一定影响。

温度：需要注意器件内部的PN结温度，即结点温度：Tj=Ta+Ptot*Rth(ja) 其中，Tj是结温，Ta是环境温度，Ptot是总功耗，Rth(ja)是热阻参数（属于属性参数。

3、LDO应用要点

1） Vref滤波：由LDO的工作原理可知, Vref（基准电压）的稳定性与LDO输出电源的纹波即噪声密度相关。某些LDO在片内不提供对Vref引脚的滤波，所以设计者需要在Vref引脚附近添加0.1uf电容，以保证Vref的低噪声和低纹波。

2）压降：Dropout参数值与两个因素有关：负载电流、工作温度。负载电流越大，工作温度越高，压降Dropout参数值越大。

3）输入电源与输出电源之间的延时：在某些有上电顺序要求的应用中，设计者往往可以利用电源芯片本身的延时来实现上电顺序。在满足压降要求后，LDO的输出端与输入端同时上电，因此LDO本身不能保证上电顺序；对于DC/DC芯片而言，由于芯片启动需要一定的延时（毫秒级），所以能保证输出相对输入的上电顺序。

4）SENSE（感应）引脚的处理
SENSE引脚是LDO、DC/DC电源芯片上最常见的引脚。
背景：当输出电源到负载的距离较远时，在传输线上会产生压降，因此需要动态调整电源的输出电压。
SENSE本质：是对负载电压进行测量，在负载的电源输入端附近，通过  电阻将负载端的电压信息引回电源芯片SENSE引脚，该段导线（称为SENSE信号线）按照普通信号线的线宽走线即可，由于SENSE信号线不承载大电流，因此压降极小（成为反馈线的主要原因），从而使电源芯片的SENSE引脚对地电压近似等同于负载电压，电源芯片获取该信息后，可自动调整  ，直到SENSE引脚对地电压接近电源电压的设定值。

5）电流降额：在应用中要求大电流输出，且电源芯片选择LDO时，需注意：不仅应满足负载电流小于LDO的最大支持电流的要求，还应考虑其散热问题。

6）纹波抑制（Ripple Reject）功能：LDO本身具备良好的纹波抑制功能。但LDO对低频噪声（一般表现为几百kHz之内的纹波）抑制作用较强，而对高频噪声抑制作用较弱。
7）输出端电容：为保证电源输出端对变化负载的快速响应，同时需要获得能满足LDO要求的输出阻抗值：
a. 利用ESR相对较大的钽电容与ESR较小的陶瓷电容并联为LDO输出端提供滤波。
b. 仅用ESR较小的陶瓷电容为LDO输出端提供滤波，而阻抗要求可由PCB上铜箔的阻抗满足。
注：不建议用铝电解电容代替钽电容，原因在于铝电解电容的ESR过大，往往超过LDO对ESR的最大值要求。
8）分压电阻阻值的选择：分压电阻阻值越小，则电阻功耗越大，而分压电阻阻值太大不能满足LDO的偏置电流要求，因此需根据器件资料的要求选择正确的分压电阻阻值。
4、LDO电源的要点总结
LDO具有很好的纹波抑制能力，但其调整管工作在线性区，因此效率低，功耗大。散热设计是LDO应用中不可忽视的环节，同时应确保在单板长时间工作所处的环境温度下，LDO的结温不超过最大值；（需要散热是因为LDO产生的压降全部转化为热能）。
分析可调输出LDO的精度时，需要考虑分压电阻的因素；（分压电阻的选取决定输出电压的大小）。
LDO的输出电压值需满足输入输出电压差Dropout。
SENSE引脚的应用需谨慎，如需启用远程感应功能，SENSE信号线应远离干扰源；（SENSE引脚的作用是动态监控因为传输线导致的压降，动态调整输出电压）。

对于输出端电容的选择，需要考虑ESR对LDO工作的影响

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