- LDO
概要：本文介绍了低压差线性稳压器（LDO）的定义、构成模块、工作原理、常用参数、效率分析及其应用注意事项，包括外围器件选择、布线设计、外部电路影响及热功耗计算等内容。
1. LDO 的定义
LDO（低压差线性稳压器，Low Dropout Regulator）是一种线性稳压器，能在输入电压与输出电压差很小的情况下仍保持稳定的输出（即低 dropout）。
2. LDO 的主要构成
LDO 主要由三个部分构成：
- 参考电压源：提供一个非常稳定、精确的基准电压。
- 误差放大器：相当于一个“大脑”，它持续比较输出电压（通过分压电阻采样）与参考电压的差值。
- 调整管：一个工作在线性区的功率晶体管（如 P-MOSFET 或 PNP 三极管），相当于一个受控的“阀门”。误差放大器的输出会控制这个阀门的开合程度。
3. 降压型结构图
4. 模块与端口说明
- 输入（Input）：外部不稳的高电压，经 CIN 去耦后进入 LDO。
- 参考源（Reference）：产生一个稳定的参考电压 VREF（内部基准）。
- 误差放大器（Error Amplifier）：比较输出反馈电压与参考电压，输出控制信号驱动通孔器件（Pass FET）。
- 通道器件（Pass FET）：串联在输入与输出之间的功率晶体管（通常是 PNP 或 PMOS），通过调节其导通程度来调整输出电压。
- 分压反馈网络（R1、R2）：将输出电压按比例送回误差放大器负输入端，实现闭环调节。
- CBP 电容：把参考源的噪声或启动纹波滤掉，改善输出噪声与稳定性。
- 输出（Output）：被负载 Rload 拉取，并有 COUT 做输出去耦与稳定回路。
5. 工作原理（闭环负反馈）
5.1 参考电压产生
Reference 模块在内部产生一个温度和供电变化小的稳定参考电压（例如 0.6V、0.8V、1.2V 等），作为目标电压的基准点。
5.2 反馈采样
输出电压通过 R1、R2 分压后得到反馈电压送入误差放大器的负输入（或正输入，依设计而定）。另一路是参考电压送入放大器的另一输入。
5.3 误差放大器比较并驱动通道器件
误差放大器比较参考电压与反馈电压之间的差值（误差信号）。
- 若输出低于设定值，误差放大器改变输出，驱动 Pass FET 更导通，使输出电压上升；
- 若输出过高，则让 Pass FET 关小，输出下降。
这个动作闭环地维持输出电压在设定值附近。
6. 常用参数
| 参数（中文） | 英文简称 | 符号 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 输入电压 | Input Voltage | VIN | LDO 的供给电压范围（最小/最大），必须满足器件工作和热稳定要求。 |
| 输出电压 | Output Voltage | VOUT | 稳压器在额定条件下的目标输出电压（例如 1.2V、3.3V）。 |
| 输出电压精度 | Output Voltage Accuracy | —— | 输出相对于标称值的偏差，包括初始误差、温度漂移与负载漂移。 |
| 最大输出电流 | Maximum Output Current | IMAX | LDO 能提供的最大连续负载电流（受器件能力与热限制）。 |
| 电流限制 | Current Limit | ILIM | 过流或短路时内部限流值，用于保护器件与负载。 |
| 地引脚电流 / 静态电流 | Ground Pin Current / Quiescent Current | IQ | LDO 在正常工作时流向地的电流（静态电流），影响待机耗电。 |
| Dropout 电压 | Dropout Voltage | Vdif / Vdrop | 维持规定 VOUT 所需的最小 VIN−VOUT 值，衡量低压差特性。 |
| 线性调整 / 线路调整率 | Line Regulation | ΔVLNR | 输入电压变化时输出电压的变化（例如 mV/V 或 μV/V）。 |
| 负载调整 / 负载调节 | Load Regulation | ΔVLDR | 负载电流变化时输出电压的变化（例如 mV/A 或 mV/%）。 |
| 输出电压噪声 | Output Voltage Noise | en | 输出上的噪声，通常为噪声谱密度 (nV/√Hz) 或带宽内 RMS 值 (μV RMS)。 |
| 电源抑制比 | Power Supply Rejection Ratio | PSRR | 输入电源噪声被抑制到输出的能力，通常随频率给出（dB）。 |
| 关断时耗电 | Shutdown Supply Current | IQ(SHDN) | LDO 处于关断/使能禁用状态时的耗电（漏电流）。 |
| 温度范围与温漂 | Temperature Range / Temperature Coefficient | —— | 输出随温度变化的特性与器件额定工作温度范围（如 −40°C ~ +85°C）。 |
| 启动/瞬态响应 | Start-up / Transient Response | —— | 上电启动时间、软启动及负载突变时输出的瞬态偏差与恢复时间。 |
| 稳定性 / 输出电容要求 | Stability / Output Capacitor Requirements | —— | 推荐输出电容类型与 ESR 范围，影响环路稳定性与瞬态性能。 |
7. 效率分析
LDO 的效率可由输入电压与输出电压之比近似估算：
- 由于 MOS 是电压型器件，电流消耗很小，因此输入输出电流近似相等，可以约掉。
8. LDO 应用相关
8.1 周边器件的选择
- 电容的选择：数值大小影响做噪声过滤和响应速度；ESR 影响电源系统的稳定性。
- 电阻的选择：数值大小影响输出电压的准确性。
电容类型选择
- 陶瓷电容
- 优点：低价，低 ESR，小尺寸
- 不足：失效模式为短路
- 铝电解电容
- 优点：可自愈，低价
- 不足：体积大，老化率高
- 钽电容
- 优点：体积小，等效并联电阻高
- 不足：自燃，有极性
- 薄膜电容
- 宜作补偿电容使用
- 优点：温度稳定性好
- 不足：较贵，体积大
8.2 布线对性能的影响
- 一点接地
- 去耦支路尽可能短
- 大电流线尽可能短
- 做好散热设计
图片示例：
- 左图较好，为单点接地
- 右图较差
8.3 外部电路对 LDO 工作的影响
- 输入端
- 电源内阻不宜过大
- 引线不宜过长、过细
- 输出端
- 不适当的负载（如大电容、过大负载、非线性负载等）
- 不适当的连接（如并联输出）
- BP 端
- 根据电路需求选择合适的 CBP 值
9. LDO 的热功耗计算
LDO 本身的热功耗计算如下：
- Ppack = 压差 × 输出电流
- Ppack = (Vin - Vout) × Iout
- = (Vin - Vout) × Vout / Ro
- = (5V - 1.8V) × 1.8V / 25.5Ω
- = 0.226W
其中，Ro 为负载电阻。
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