LDO是Low Dropout Regulator的縮寫,意思是低壓差線性穩壓器,下面是LDO的內部框圖,大致的工作原理就是:參考電壓Vref和反饋電壓FB(VOUT通過兩個電阻分壓)分別接在誤差放大器的反向和正向端,然后輸出誤差量,再通過MOS drive調整輸出電壓大小,達到輸出穩定。當輸出電壓增大時,FB增大,放大器輸出電壓增加,PMOS管的G極電壓增大,Usg減小,PMOS的輸出電流和電壓較小,形成了一個負反饋系統。
LDO典型框圖
LDO基本參數解釋
輸入電壓:規定設計輸入電源范圍。
靜態功耗:英文Quiescent Current,輸出電流為0時的輸入電流,即VOUT空載時輸入電流。好的LDO和差的LDO相比較,是在電源紋波抑制比PSRR差不多的時候,靜態耗流會更低。
關閉功耗:英文Shut down Current,使能腳拉低,VOUT=0V時,VIN上消耗的電流即為關閉功耗,一般在1uA以內,越小越好。
電源紋波抑制比:英文PSRR,這個參數越大越好,代表抑制輸入紋波的能力越強,一般SPEC給出的是1KHz下的值,?磺68dB@F=1KHz,LDO的最大的優點之一是它們能夠衰減開關模式電源產生的電壓紋波,所以一般在100K到1MHz之間的PSRR非常重要,這也是為什么我們經??匆?a target="_blank">DC-DC后面搭配一個LDO使用,敏感的模擬電源AVDD上,如ADC,Camera等,選擇高PSRR的LDO。
輸出電流:設計時預留50%的余量,實際運用過程中,輸出電流的大小和輸入輸出電壓都有關系。
輸出電壓:分為可調和固定,根據實際情況選擇在,一般最好選擇固定的。
輸出電壓精度:一般是2%,還有5%的。
耗散功率:使用時LDO的消耗的功耗不能超過這個值,否則LDO可能會損壞。
地電流:英文Ground Current,指的是輸入電流和輸出電流的差值。指的是LDO正常工作狀態,在特定的負載下,LDO自身消耗的電流。
LDO的一些特性
輸出自放電
帶自放電功能的LDO,能盡快泄放輸出電容上的能量,保證LDO盡快關閉,下次開啟是從0電壓。壞處是如果外部有電壓加到或者串到VOUT上,因為VOUT上的Rdischg電阻,會有一定的耗流產生,確定不會有串電到VOUT上用帶自放電的LDO比較好。
在LDO關閉時,下圖中標注的MOS管會自動打開,VOUT通過Rdischg對地放電,有的LDO框圖中沒有畫這個自放電電阻,但是也是帶自放電功能的,自放電電阻大小可以通過RC放電公式進行計算。
帶自放電的LDO
軟啟動
帶軟啟動的LDO可以有效的控制電流,使輸出較平緩的上升。
實際測試LDO的上電瞬間,VOUT起來是比較平緩的,并沒有電壓過沖。
實測LDO輸出
軟啟動的時間可以依據下圖測試,TSS是輸入電壓上升到0.5倍到VOUT完全起來的時間間隔。
軟啟動時間定義
LDO效率
LDO效率的計算公式為:
輸入電流等于輸出電流加上靜態功耗,根據以上公式,當LDO處在輕載時,IQ就非常重要,IQ越小,效率就越高。
動態負載調整(?VOUT)
指的是輸入電壓一定,輸出電壓隨負載電流變化而產生的變化量,當負載電流變化緩慢時,一般LDO能保持LDO恒定不變。當負載電流快速變化時,輸出電壓就會隨之改變。這個輸出電壓的改變量決定了負載瞬態性能,這個值越小越好。
線性瞬態響應
在負載一定的時候,輸出電壓隨著輸入電壓改變而產生的變化量。這個值越小越好。
壓差(Dropout Voltage)
指保持電壓穩定所需要的輸入電壓和輸出電壓之間的最小差值。當輸入電壓為VIN1,輸出為VOUT1,緩慢降低VIN1,當輸出降低到VOUT1的98%時,此時輸入電壓為VIN2,那么Vdrop=VIN2-VOUT1*98%,Vdrop越小越好,意味著低功耗高效率。
LDO參考設計
輸入輸出電容選擇
現在一般LDO輸入輸出各加一個1UF陶瓷電容即可,可選擇X5R或者X7R,ESR也會影響LDO系統的穩定性,根據SPEC來選擇合適ESR的電容。提高輸出電容的容值,可以提高LDO的瞬態響應性能,缺點是會延長啟動時間。
Layout參考
輸入輸出電容靠近LDO管腳放置,LDO和電容要使用同一銅層鋪地,輸入輸出電容的地環路要短。
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