LDO的工作原理详细分析

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1、LDO的工作原理详细分析[导读] 由于便携式设备的发展，人们对电源的要求越来越高，因次以前一直用开的电源目前来说不够用了，这就促使LDO的迅猛发展，今天给大家介绍一下LDO的工作原理。随着便携式设备（电池供电）在过去十年间的快速增长，象原来的业界标准LM340和LM317这样的稳压器件已经无法满足新的需要。这些稳压器使用NPN达林顿管，在本文中称其为NPN稳压器（NPNregulators）。预期更高性能的稳压器件已经由新型的低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（quasi-LDO）实现了。　　N

2、PN稳压器（NPNregulators）　　在NPN稳压器（图1：NPN稳压器内部结构框图）的内部使用一个PNP管来驱动NPN达林顿管（NPNDarlingtonpasstransistor），输入输出之间存在至少1.5V～2.5V的压差（dropoutvoltage）。这个压差为：　　Vdrop＝2Vbe＋Vsat（NPN稳压器）（1）图1　　LDO稳压器（LDOregulators）在LDO（LowDropout）稳压器（图2：LDO稳压器内部结构框图）中，导通管是一个PNP管。LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的

3、导通压降，满载（Full-load）的跌落电压的典型值小于500mV，轻载（Lightloads）时的压降仅有10～20mV。LDO的压差为：　　Vdrop＝Vsat（LDO稳压器）（2）图2　　准LDO稳压器（Quasi-LDOregulators）准LDO（Quasi-LDO）稳压器（图3：准LDO稳压器内部结构框图）已经广泛应用于某些场合，例如：5V到3.3V转换器。准LDO介于NPN稳压器和LDO稳压器之间而得名，导通管是由单个PNP管来驱动单个NPN管。因此，它的跌落压降介于NPN稳压器和LDO之间：　　Vdrop

4、＝Vbe＋Vsat（3）图3稳压器的工作原理（RegulatorOperation）　　所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定（图4：稳压器工作原理图）。输出电压通过连接到误差放大器（ErrorAmplifier）反相输入端（InvertingInput）的分压电阻（ResistiveDivider）采样（Sampled），误差放大器的同相输入端（Non-invertingInput）连接到一个参考电压Vref。参考电压由IC内部的带隙参考源（BandgapReference）产生。误差放大器总是试图迫使其两端输

5、入相等。为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定：　　Vout=Vref（1+R1/R2）（4）图4性能比较（PerformanceComparison）　　NPN，LDO和准LDO在电性能参数上的最大区别是：跌落电压（DropoutVoltage）和地脚电流（GroundPinCurrent）。跌落电压前文已经论述。为了便于分析，我们定义地脚电流为Ignd（参见图4），并忽略了IC到地的小偏置电流。那么，Ignd等于负载电流IL除以导通管的增益。　　NPN稳压器中，达林顿管的增益很高（HighGain），所以它只需很小的电流

6、来驱动负载电流IL。这样它的地脚电流Ignd也会很低，一般只有几个mA。准LDO也有较好的性能，如国半（NS）的LM1085能够输出3A的电流却只有10mA的地脚电流。　　然而，LDO的地脚电流会比较高。在满载时，PNP管的β值一般是15～20。也就是说LDO的地脚电流一般达到负载电流的7%。　　NPN稳压器的最大好处就是无条件的稳定，大多数器件不需额外的外部电容。LDO在输出端最少需要一个外部电容以减少回路带宽（LoopBandwidth）及提供一些正相位转移（PositivePhaseShift）补偿。准LDO一般也需要

7、有输出电容，但容值要小于LDO的并且电容的ESR局限也要少些。反馈及回路稳定性（FeedbackandLoopStability）　　所有稳压器都使用反馈回路（FeedbackLoop）以保持输出电压的稳定。反馈信号在通过回路后都会在增益和相位上有所改变，通过在单位增益（UnityGain，0dB）频率下的相位偏移总量来确定回路的稳定性。　　波特图（BodePlots）　　波特图（BodePlots）可用来确认回路的稳定性，回路的增益（LoopGain，单位：dB）是频率（Frequency）的函数（图5：典型的波特图）。回

8、路增益及其相关内容在下节介绍。回路增益可以用网络分析仪（NetworkAnalyzer）测量。网络分析仪向反馈回路（FeedbackPath）注入低电平的正弦波（SineWave），随着直流电压（DC）的不断升高，这些正弦波信号完成扫频，直到增益下降到0dB。然后测量增益的响应（GainR