LDO稳压器(Low Drop Out Regulator)

在本教程中，我们将了解任何硬件/系统设计者的重要概念之一：低丢弃调节器或LDO。我们将看到LDO是什么，了解低丢弃电压调节器的工作，LDO的重要特征以及几个参数。

介绍

现代电子设备的大小是逐渐减少。但电池效率数字正在改变那么多，这是推动电源管理系统限制的一个因素。

半导体制造中的技术开发导致了SOC或芯片架构上的系统，其中模拟，数字和RF子系统集成到单个硅模具中。这意味着系统的不同块具有不同的电源要求。

电源管理系统（PMIC）包含开关稳压器，DC-DC转换器，线性稳压器和LDO等几个电源电路。我们将专注于本教程的LDO。

读电压调节器的类型

什么是ldo？

低丢弃电压调节器或简单的LDO调节器是电源管理系统的重要组成部分，特别是在电池供电的设备中。LDO可以提供具有恒定和稳定输出的多电压电平。LDO的输出电压与负载阻抗无关，输入电压的变化（电池中的放电）和温度。

LDO稳压器或低压滴压调节器是一种线性电压调节器，可以在输入和输出之间的极低电位差。例如，典型的锂离子电池在完全放电时具有4.2V的范围为4.2V。即使电池电压低于3V，LDO仍然可以在输出端保持所需的2.5V。

关于线性稳压器的简要说明

您可能已经看到/使用了电路设计中的几种线性电压调节器IC。如果您是电子产品的初学者或爱好者，那么您应该遇到了7805或7812的着名的78xx系列电压调节器。这些是线性电压调节器的示例。

线性电压调节器是一种装置或电路，具有可变输入电压和稳定，连续控制的低噪声直流输出电压。电压调节器的恒定输出电压是相对于载荷电阻变化的内阻连续调节其内阻的结果。

该简单恒压调节器的输出电压由以下等式给出：

如果没有任何负载，即R_加载=∞，输出电压最大，等于电压调节器的输入。在负载的情况下，输出电压将小于最大可能值。最大输出电压与负载的输出电压之间的差异称为e表示的输出电压误差_vo.。

这种误差通常表示为最大输出电压与负载下输出电压的百分比差。

在输入和负载电阻方面，误差百分比由：

我们需要最大限度地减少此错误，以便这样做，我们需要引入反馈。反馈电路将感测负载中发生的变化，并调节可变的内阻，从而使内部电阻与负载电阻的比率保持恒定。

从上述假设来看，我们可以说，内阻遵循“线性”时尚的负载电阻。

了解低辍学监管机构

我们可以将线性电压稳压器分为两种类型：标准或基本电压调节器和低丢弃稳压器。两者之间的主要区别是所使用的丢弃电压和通过元素的类型。

辍学电压，也称为余量量，是调节器上的最小电压，用于适当的调节。输出电压等于输入电压与通孔元件上的电压降的差。

在标准线性调节器的情况下，通过元素是达林顿对NPN或PNP。它们已被现代设计中的MOSFET取代。

来到低压丢失调节器，通过元件的电压降通常对调节器适当调节输入电压的电压降低。

以下图像显示了低丢失电压稳压器的经典布局。它由传递元件，误差放大器和电阻器反馈网络组成。

由分压器组成的电阻反馈网络将提供等于参考电压的缩放输出电压。误差放大器不断比较参考电压和反馈电压（由分压器提供）。

然后，它放大差值，输出将驱动通道元件（MOSFET）以保持所需电平的输出电压。

LDO调节器的元素

让我们不要仔细看看低辍学稳压器的所有元素。

参考电压

它是任何调节器的起点，因为它设置了误差放大器的工作点。通常，使用带隙型电压基准，因为它允许在低电源电压下工作。

误差放大器

误差放大器设计的主要要求是它应该尽可能最小的电流。随着PASS晶体管的栅极电容大大，放大器的输出电阻必须尽可能低。

由分压器网络缩放的输出电压是误差放大器的一个输入，而另一个输入是参考电压。比较之后，误差放大器然后调整通过元件的电阻。

反馈

电阻分压器反馈负责缩小输出电压并允许其与误差放大器的参考电压进行比较。

传递元素

LDO中的传递元素负责将电流从输入传输到负载，并由反馈回路中的误差放大器驱动。MOSFET（两个PMOS和NMOS）通常用作通过元件。

下图显示了带有PMOS pass元素的典型LDO布局。

V._GSPMOS通行元素与V相关联_DD.。PMOS晶体管以保持饱和度和调节的最小电压由最小漏极源电压V给出_DS.。PMOS通行元件不适用于非常低的电压应用。

基于NMOS通过元素的LDO在以下图像中显示。NMOS的优点是它处于源跟随器配置，并且调节器的输出位于晶体管的源极。

使用NMOS晶体管的电路通常很大且复杂，但是可以实现低输入，输出和丢失电压。

输出电容器

输出电容是LDO调节器中的重要组成部分，因为它确保电流在负载瞬变期间立即输送到负载，直到误差放大器已准备就绪。

电容器的ESR或等效串联电阻非常重要，因为它限制了从电容器到负载的电流。因此，对于1μF电容器的ESR，在10MΩ至300MΩ的范围内，可能的电容类型是：

• 陶瓷电容器
• 聚合物电解电容器
• 低ESR钽电容器

LDO参数

现在，让我们看看一些重要的稳态和瞬态参数的低压稳压器。

辍学电压

调节器的输入和输出电压之间的差异称为调节器的丢弃电压。如果输入电压接近输出电压，则调节器停止调节器。

静态电流

输入电流和输出电流之间的差异称为静止电流或地电流。在低功率系统中，低静止电流将导致最大效率。

效率

LDO调节器的效率取决于静态电流和输入输出电压。效率是：

通过最小化丢失电压以及静止电流，可以增加LDO的效率。

瞬态反应

它是负载电流步骤或输入电压步骤的最大输出电压变化。瞬态响应是输出电容具有其ESR（等效串联电阻）的功能。

线条规则

线路调节是调节器保持具有不同输入电压的所需输出电压的能力。

负载调节

如果对负载电流的需求增加，则输出电容负责提供电流。结果，输出电压被改变，由反馈网络感测。

为了补偿这一点，误差放大器通过了更多电流来流过通过晶体管。负载调节是稳压器尽管具有变化的负载电流，其能够保持所需输出电压的能力。