线性稳压器LDO的原理和应用.pdf

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1、应用专题lAPPLICATIONS线性稳压器LDO的原理和应用■孙乐义[摘要】低电压、低压差(LowVoltage，LowDropout)线性稳压器(LDO)具有结构简单、低噪声、低功耗以小封装和较少的外围应用器件等突出优点，在便携式电子产品中得到了广泛的应用。本文介绍了LDO的基本原理、基本参数、应用电路、应用条件、温升及电容器的选择问题。另外介绍了应用波特图对LDO做稳定性的分析，PCB的设计，最后介绍了LDO的选用原则。【关键词】线性稳压器功耗计算稳定性【中图分类号】TN355[文献标识码】A[文章编号】1674-2583(2014)06

2、-0034-041引言DC／DC变换器已广泛应用于各种移动电子系统中，如移动通信终端、便携式电脑、PDA等。低电压、低压差(LowDropout)线性稳压器LDO在功能上属于DC／DC变换器中的降压变压器，具有结构简单、低噪声、低功耗以小封装和较少的外围应用器件等突出优点，在便携式电子产品中得到广泛的应图1LDO的基本电路(PNP管)用。时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准2线性稳压器I．D0原理电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电2．1线性稳压器LD0概述压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到LDO(LowDropout

3、)线性稳压器，比传统的稳输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规压器有更高的电源转换效率，而比开关式稳压器有定值上，同理如果输入电压变化或输出电流变化，更简单的结构、更低的成本和更低的噪声特性，因这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：此它在便携式电子产品中越来越受欢迎。LDO线性稳Vout：(RI+R2)／R2×Vref压器和开关式稳压器成为当今便携式电子产品中最实际的LDO还具有如负载短路保护、过压关断、常用的两类电源管理电路。过热关断、反接保护等其它的功能。LDO有Bipofar(双极性)~HCMOS(单极性)两种。在LDO(图1)中，

4、导通管是一个PNP管。LDO的一般而言，双极性芯片可以工作在较高的工作电压最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降，满载下，并且有较高的跨导，容易设计。而CMOS的最佳(Ful卜load)的跌落电压的典型值小于500mY，轻特性是它的输入端仅需要极小的偏流。载(Light—load)时的压降仅有lO~20mV。LDO的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单LDO的压差为：Vdrop=Vsat(LDO稳压器)元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。2．2LDO原理LDO的基本电路由串联调整VT、取样电阻Rl和R2、比较

5、放大器A组成。其基本工作原理：上电，使能脚处于高电平，电路启动，恒流源电路提供偏置，基准源电压快速图2LDO的基本电路(FET管)建立，输出随着输入上升，当输出即将达到规定值34}集成电路应用2014年6,EJAPPLICATIONSl应用专题LDO可以使用P—FET(P沟道场效应管)作为导通管(图2)。在PNPLDO中要驱动PNP功率管就需要基极电流。基极电流由地脚(Groundpin)流出并反馈回反相输入电压端。这些基极驱动电流并未用来驱动负载。它在LDOa)CAT6289Emb)cAT6289典型应用电路圈中耗损的功耗由下式计算：P(Ba

6、seDrive)=VilI×Ibase图3固定版的LDO典型应用电路需要驱动PNP管的基极电流等于负载电流除以B值(PNP管的增益)。~tiPNPLDO中B值一般为15～20(与负载电流相关)。此基极驱动电流产生的功耗不是我们期望的(尤其是在电池供电的低功耗应用中)。使用场效益管(FET)作为导通管LDO的优点：1)P沟道场效应管(P-FET)的栅极驱动电流极小，图4可调版的LD0典型应用电路2)通过调整场效应管(FET)的导通阻抗(ON—resistance)可以使稳压器的跌落电压更低。3LD0的应用条件分析对于集成的稳压器而’，在单位面积上

7、制造的LD0在工作时，要考虑一个IC自身功耗的问场效应功率管(FETpowertransistors)的导通阻题。抗会比双极型开关管(BipoJarONPDevices)的导LDO的实际功耗PD主要是输入电压，输出电压通阻抗低。这就可以在更小封装(Packages)下输以及输出电流的函数。出更大的电流。下式可计算Ic在最恶劣情况下的实际功耗：2．3LDO的基本参数PD=(Vinmax—Voutmin)ILmax(1)(1)输入输出电压差(DropoutVoltage)PD：最恶劣情况下的实际功耗；Vinmax：Vin输入输出电压差是LDO最重要

8、的参数。它反映了脚上的最大电压；LDO的性能的优劣。V0utmin：稳压器输出的最小电压；IL(2)接地电流(GroundPinCurrent)max