南京观海微电子----LDO介绍

简介: LDO是一种低压差线性稳压器,通过负反馈调节输出电压,具有低噪声、高稳定性和简单外围电路等优点。其核心参数包括输入/输出电压、压差、输出精度、PSRR等。适用于对噪声敏感的模拟电路供电。

一、LDO简介

1.1工作原理

LDO 的结构是一个微型的片上系统,它由电流主通道的、具有极低在线导通电阻 RDS(ON) 的MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器、POK MOSFET  等专用晶体管电路在一个芯片上集成而成的。

LDO 的工作原理是通过负反馈调整输出电流使输出电压保持不变。

即 Voltage Control 获取 Vref  的电压跟内部参考电压比较,根据比较结果控制电流源,即调整 RDS 的大小。

LDO 是一个步降型的 DC/DC 转换器因此 Vin >Vout。

1.2 LDO的构成

在下图的结构中,电容  

是为了给输入的基准电压信号提供交流信号部分泄放回路。

这个过程也叫:过滤、耦合。

1.3 LDO的符号

常用的 LDO 中,以3、4、5  Pin为多。

封装则种类繁多,从一毫米平方的大小,到 TO-220 封装都有,主要取决于 LDO 的输出功率及器件本身的功耗。

1.4 LDO Pin 脚及相关功能

  • INPUT        电源输入端
  • OUTPUT    电源输出端
  • GND           接地端
  • EN              使能端,以开关LDO
  • BP              旁路电容端。以降低噪声,提高 LDO 的 PSRR
  • FP               ADJ LDO反馈取样端

1.5 LDO常用参数简介

(1)

:Input Voltage

(2)

:Output Voltage

(3)Output Voltage Accuracy

(4)

:Maximum Output Current

(5)

:Current Limit

(6)

:Ground Pin Current

(7)

:Dropout Voltage 电压差,压差越大效率越小。

(8)

:Line Regulation

(9)

:Load Regulation

(10)

:Output Voltage Noise

(11)PSRR:Power Supply Rejection Ratio

(12)

:Shutdown Supply Current

二、LDO应用相关

2.1周边器件的选择

  1. 周边器件有: 电容的选择:数值大小影响做噪和响应速度 ,ESR(电容串联等效电阻,越小纹波越小) 影响电源系统的稳定性
  2. 电阻的选择:数值大小影响输出电压的准确性

2.2布线对性能的影响

下图原理图中虚线是电流的回流路径。在布线中要注意一下几点:

(1)一点接地

在原理图(上)中,电容分别接地,还经过了电阻,滤波效果不是最佳;

在原理图(下)中,电容全部直接一点接入地下,滤波效果最佳。

这就是单点接地,教育完成了闭环。

(2)去耦支路,尽可能短。

前后两头都尽量的短。从芯片出来尽量短,回流到地也尽量短。

(3)大电流线,尽可能短

(4)做好散热设计

原理图

下图是 PCB 示意图,较好的LDO PCB设计实例---1点接地。

图1的PCB布线较好,图2的较差。

PCB

2.3电容的选择

(1)典型 LDO 均需增加外部输入和输出电容器。

(2)部分 LDO 尚需 Reference-Noise Bypass 电容及补偿电容。

(3)常选用:

陶瓷电容

  • 优点:低价,低ESR,小尺寸;
  • 不足:失效模式为短路。

铝电解

  • 优点:可自愈,低价;
  • 不足:体积大,老化率高。

钽电容

  • 优点:体积小,等效并联电阻高;
  • 不足:自燃,有极性。

薄膜电容,宜作补偿电容用

  • 优点:温度稳定性好;
  • 不足:较贵,体积大。

2.4外部电路对LDO工作的影响

(1)输入端

电源内阻不宜过大(压降)

引线不宜过长过细

(2)输出端

不适当的负载(如大电容、过大负载、非线性负载等)

不适当的连接(如并联输出)

(3)BP端

根据电路需求选择合适的 值

2.5案例

SOT23封装的 LDO 的实际电路如下图所示。图中,

= 5V ,

=1.8V

故可知:

热功率

2.6线性电源和开关电源的优缺点

2.6.1 LDO的特点

(1)优点

  1. 非常低的输入输出电压差
  2. 非常小的内部损耗
  3. 很小的温度漂移
  4. 很高的输出电压稳定度
  5. 很好的负载和线性调整率
  6. 很宽的工作温度范围
  7. 较宽的输入电压范围
  8. 外围电路非常简单,使用起来极为方便

(2)缺点

  1. 输入输出压差大时,转换效率低

2.6.2开关电源的特点:

(1)优点

  1. 转化效率高。
  2. 功率转化密度高。

(2)缺点

  1. 开关噪声高,对开关噪声高的电路不太合适。
  2. 输出纹波电压较高。
  3. 电压调整率等性能也较差。
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