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  • 何为LDO(low dropout regulator)

    千次阅读 2018-07-05 18:51:31
    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;...LDO=low dropout regulator,低压差+线性+稳压器。 “低压差”:输出压降比较低,...

    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。

    这里写图片描述

    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

    这里写图片描述

    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:
    这里写图片描述

    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,是相对于传统线性稳压器来说。传统线性稳压器,如78xx系列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...

            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。 

     

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  •  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,其特点是低噪声,低成本,纹波小,精度高,电路简单。  LDO原理  ...
  •  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,其最大特点是低噪声,低成本,纹波小,精度高,电路简单。  LDO原理 ...
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    目录

    一、简介:

    二、内部框图:

    三、基本原理:

    四、应用电路:

    五、主要参数:

    六、LDO和DC-DC对比:


    一、简介:

    LDO:LOW DROPOUT VOLTAGE LDO(是low dropout voltage regulator的缩写,整流器)

    低压差线性稳压器,故名思意,为线性的稳压器,仅能使用在降压应用中。也就是输出电压必需小于输入电压。

    优点:稳定性好,负载响应快。输出纹波小。

    缺点:效率低,输入输出的电压差不能太大。负载不能太大,目前的LDO为5A(但要保证5A的输出还有很多的限制条件)

    LDO:低压差线性稳压器的突出优点是具有的成本,的噪声和的静态电流。它的外围器件也很少,通常只有一两个旁路电容。新型LDO可达到以下指标:30μV输出噪声、60dBPSRR、6μA静态电流及100mV的压差。

    二、内部框图:

    本图以ASM1117-3.3V为例

     

    三、基本原理:

    下面是一个PMOS LDO最基本结构框图。我们可以看到LDO主要由PMOS、运放、反馈电阻和基准参考电压构成。LDO主要工作流程是将输出电压通过分压电阻分压,Va和基准参考电压做比较,通过运放输出Vg来调节输出,反馈回路已用红色轨迹标识出。

    当Vout由于负载变化或其他原因电压下降时,两个串联分压电阻两端的电压也会下降,进而A点电压下降,A点的电位和Vref电位相比较,误差放大器会减小它的输出,使得G电位下降,Vs电压不变,进而使得|Vgs|的压差增加(我们用Vgs和Vds的绝对值描述PMOS更直观),输出电流Isd会增加,输出电流Isd增加就会使得Vout上升,完成一次反馈控制,使得Vout又回到正常电位,。

    总结过程如下:

    Vout↓——>Va↓——>Vg↓——Iout↑——>Vout↑

     

    四、应用电路:

    五、主要参数:

    1.输出电压(OutputVoltage)

    输出电压是低压差线性稳压器重要的参数,也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便,而且由于输出电压是经过厂家精密调整的,所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值,不可能满足所有的应用要求,但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。

    2.输出电流(MaximumOutputCurrent)

    用电设备的功率不同,要求稳压器输出的电流也不相同。通常,输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本,在多只稳压器组成的供电系统中,应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。

    3.输入输出电压差(DropoutVoltage)

    输入输出电压差是低压差线性稳压器重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下,该电压压差越低,线性稳压器的性能就越好。比如,5.0V的低压差线性稳压器,只要输入5.5V电压,就能使输出电压稳定在5.0V。

    4.接地电流(GroundPinCurrent)

    接地电路IGND是指串联调整管输出电流为零时,输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流,但是采用PNP晶体管作串联调整管元件时,这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。

    5.负载调整率(LoadRegulaTIon)

    负载调整率可以通过图2-1和式2-1来定义,LDO的负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

    6.线性调整率(LineRegulaTIon)

    线性调整率可以通过图2-2和式2-2来定义,LDO的线性调整率越小,输入电压变化对输出电压影响越小,LDO的性能越好。

    7.电源抑制比(PSSR)

    LDO的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR反映了LDO对于这些干扰信号的抑制能力。

    六、LDO和DC-DC对比:

    首先从效率上说,DC/DC的效率普遍要远高于LDO,这是其工作原理决定的。其次,DC/DC有Boost,Buck,Boost/Buck,(有人把ChargePump也归为此类)。而LDO只有降压型。再次,也是很重要的一点,DC/DC因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大,远比LDO大的多,大家可以关注PSRR这个参数。所以当考虑到比较敏感的模拟电路时候,有可能就要牺牲效率为保证电源的纯净而选择LDO。

    还有,通常LDO所需要的外围器件简单,占面积小,而DC/DC一般都会要求电感,二极管,大电容,有的还会要MOSFET,特别是Boost电路,需要考虑电感的工作电流,二极管的反向恢复时间,大电容的ESR等等,所以从外围器件的选择来说比LDO复杂,而且占面积也相应的会大很多。

     

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  • LDO

    2017-10-30 13:07:00
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    LDO即low dropout regulator,是一种低压差线性稳压器。这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至少高出2V~3V,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,输入与输出之间的压差只有1.7v,显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况,芯片制造商们才研发出了LDO类的电压转换芯片。

    转载于:https://www.cnblogs.com/qdrs/p/7754030.html

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