原文来自公众号：工程师看海
 
 
后台回复：LDO仿真文件
 
 
 
 
 
 
LDO是我们常用的电源解决方案，dropout voltage（压差）是LDO最常见的参数之一，但是并不是所有的工程师都能够正确的设计LDO dropout voltage，导致产品可靠性具有隐患，降低平均无故障时间。
 
和DCDC开关电源架构不同，LDO内部的管子是工作在放大状态的，在这样的大前提下，LDO输入输出必须要满足一定的压差条件，LDO才能有效进行反馈调节，正常工作。
 
 
对于Dropout Voltage我们一共有两个必关注因素：
 
第一个因素是Droput Voltage自身的范围，这个在IC内部基本已经固定了，这部分是应用工程师无法管控的，我们只能根据需求合理选型与应用。
 
内部影响Dropout Voltage的几个原因，指导大家来正确选型。
 
LDO内部除了基本的LDO控制电流外，往往还有一些保护电路、放电电路、逻辑控制电路等，有的LDO内部还有电荷泵等接口，这些电路都是要吃电的，所以IC的dropout voltage除了考虑内部管子的工作状态之外，还要考虑内部其他电路的供电需求。
 
下面的LDO，假设输出1V@Iout=300mA时，Dropout voltage 为0.14V，但是输入却不能选择1.14V，这是小于输入电压1.4V的要求，设计将不会保证性能和稳定性，有很多工程师其实是知道这点的，但是在设计时非常容易忘记这一项，容易顾此失彼，一定要仔细检查！一定要仔细检查！一定要仔细检查！
 
 
即使LDO输入电压可以是1.14V，输出是1V@Iout=300mA，我们也不能直接选择1.14V的电源提供给LDO。
 
Dropout Voltage我们无法改变，但是外部走线却是完全掌握在我们自己手里，也是应用工程师必须管控的。
 
 
下面介绍第二个必考虑因素，走线。
 
我们举“栗”说明，DCDC输出1.14V；负载需求，1V@Iout=300mA。
 
下图是线路损耗拆解，在走线100mΩ的情况下，如果要满足负载1V@Iout=300mA的需求，则留给LDO的dropout voltage只有0.08v，无法满足0.14V的规格，设计也无法保证性能和稳定性。
 
我们在走线时就要控制好走线的DCR，有必要仿真管控。
 
 
然而有人说实际应用中并没有遇到电路异常的情况，这是因为我们的负载一般不会反复拉到最大负载，输出电容也会储存一部分能量，LDO本身也有一定的余量，但是这并不是合理的设计，凡是存在隐患的设计，当量产的数量升上去后，必然会暴露出问题，这就是墨菲定律，给用户带来糟糕的体验。
 
上文只考虑了芯片内部和外部走线的因素，还有一种因素比较极限，这里也介绍下。
 
第三个因素是前置电源的纹波影响。
 
一般为了降低功耗，LDO前级选择DCDC开关降压电路，BUCK工作时会有纹波，使得LDO输入电压会有最低值，由于电容的存在，这一点的影响不是特别大，只有在极个别情况下才会考虑这点。
 

 
以上就是LDO dropout voltage设计时几个基本的注意事项，可靠的设计一点也马虎不得，当面对十几、几十甚至几百个电源网络时，工程师们，你能保证每个LDO的dropout voltage都是最合适的设计吗？
 
---The end---
 
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 　　电源电路的设计是嵌入式系统设计中一个非常重要的环节。电源的可靠性、稳定性、一致性决定了一个产品的品质。一些刚参加工作的工程师在设计产品时经常会遇见很多奇怪的问题：产品容易发烫，产品工作很不稳定，产品的某参数不能达标。很多情况下，以上问题都可能与电源电路有关。因此，如何优化产品的电源电路是很多工程师所关注的话题。
 　　低压差线性稳压器（Low DropOut linear regulator），俗称LDO，目前在市面上用量相当巨大。大家常见的LDO有CAT6219、NCP1117、LM7805等，其最大的特点是低噪声，低成本，纹波小，精度高，电路简单。
 
LDO原理说明：
 
　低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如右图所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
 　　取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Vref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管VT的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Vout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Vout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，串联调整管压降增大，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。应当说明的是，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET。
 
LDO特性：
 
l 超低纹波，高精度
 
l 低压差
 
l 低静态电流
 
l 电压监控
 
l 复位控制
 
l 多通道输出
 
LDO的应用领域：
 
　LDO的应用非常简单，很多LDO仅需在输入端及输出端各接一颗电容即可稳定工作。在LDO的应用中需要考虑压差、静态电流、PSRR等重要参数。在以电池作为电源的系统中，应当选择压差尽量低的LDO，这样可以使电池更长时间为系统供电，比如NCP600，NCP629等等。
 　　静态电流Iq是Iquiescent的缩写，指芯片自身所消耗的电流。在一些低功耗应用中，应当尽量选择Iq小的LDO。一些工程师在设计低功耗系统时，仅考虑MCU本身消耗的电流，而忽略电源芯片上所消耗的电流，使整个系统的待机功耗不能达标，曾经见过有的工程师在低功耗系统中选用78L05为MCU提供电源，查阅数据手册可以得知78L05静态电流为1mA，不适合低功耗应用，应该选择NCP583等等。
 　　在射频、音频、ADC转换等应用系统中，PSRR（电源纹波抑制比）是一个很重要的参数，其体现了LDO的抗噪能力，PSRR值越高LDO输出纹波越低。下面列出了LDO的一些重要特性及应用方向。
 
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笔者E林 
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一、前言
 
在一个电路板中，我们会用到各式各样的电压，一般我们获取这些电压的途径无非3点，一个从外部引入，做滤波隔离处理；另一个则是电路板内部转换，内部转换无非就是 用电源芯片管理芯片来转换所需要的电压。 
 一般我们使用的电源管理芯片无非就是LDO和DC-DC 
 今天我们来聊聊的是LDO。
 
LDO=low dropout regulator，低压差+线性+稳压器。 
 “低压差”：输出压降比较低，例如输入3.3V，输出可以达到3.2V。 
 “线性”：LDO内部的MOS管工作于线性电阻。 
 “稳压器”说明了LDO的用途是用来给电源稳压。
 
由于一般的LDO封装都比DC-DC小的多，并且成本也低得多，因此在很多产所中，我们会使用到LDO来转换我们所需要的电压，当然在选择使用LDO的前提下，是需要满足对噪声的反应和耗电等基本要求的。
 
一片spx1117m3-3.3只需要5毛钱左右，而一片TPS5430则需要5块钱，可见LDO的成本是低的很多的。
 
 
由上图可以看出，LDO的使用和型号特点； 
 一般的LDO芯片均为一个输入、一个输出、一个使能、一个地，而不像DC-DC电源芯片一样，还需要通过外设的电阻来得到输出电压。 
 型号命名特点，则是芯片型号中，就自带有了输出电压，因此在选型的时候，方便了不少。
 
以上两点也是你们以后区别电源芯片是DC-DC还是LDO的重要依据。
 
 
这段比较晦涩，但是却是选型LDO的重要点：你们选择地看吧
 
在大多数应用中,LDO 主要用于将灵敏的负载与有噪声的电源相隔离。与开关稳压器不同,线性稳压器会在通路晶体管或MOSFET(用来调节和保持输出电压来达到所需的精度)中造成功率耗散。因此,就效率而言,LDO 的功率耗散会是一个显著劣势,并可能导致热问题。所以, 设计工程师需要通过尽可能降低 LDO 功率耗散,来提升系统效率和避免热复杂性,这一点很重要。
 
二、从LDO芯片内部结构来分析
 
 
上图中看出了LDO芯片，内部为一个P-MOS+一个运放+2个电阻 
 因此LDO核心架构：P-MOS+运放，通过芯片内部已经设置好的电阻来达到调节P-MOS的输出，而得到该芯片的输出电压。
 
LDO工作原理就一句话：通过运放调节P-MOS的输出。
 
三、几个重要参数
 
一般来说，看到这里，你基本可以算是入门了，普通的选型工作也足够应付。下面来聊聊一些LDO的参数，有助于根基的稳固。
 
压差 
 压差(VDROPOUT)是指输入电压进一步下降而造成 LDO 不再能进行调节时的输入至输出电压差。
 
裕量电压 
 裕量电压是指 LDO 满足其规格所需的输入至输出电压差。 
 效率
 
LDO 的效率由接地电流和输入/输出电压确定: 
 
 
若需获得较高的效率,必须最大程度地降低裕量电压和接地电流。 此外,还必须最大程度地缩小输入和输出之间的电压差。输入至 输出电压差是确定效率的内在因素,与负载条件无关。例如,采用 5 V 电源供电时,3.3 V LDO 的效率从不会超过 66%,但当输入电压降至 3.6 V 时,其效率将增加到最高 91.7%。LDO 的功耗 为(VIN – VOUT) × IOUT。
 
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        LDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。
 
       LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。 LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力， 输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。 
 
　　如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。 
 
　　如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，因为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。 
 
　　DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大 
 
　　电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
 
     总的来说，升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。