一、LDO介绍和分类
•
LDO
即
Low-dropout Regulator
，是一种低压差线性稳压器，能在输入电压与输出电压压降很小的条件下工作
。
•
LDO
包括分立元器件搭的
LDO
电路及集成
LDO
芯片两种。
•
LDO
是一个自耗很低的微型片上系统
(
SoC
)
。
LDO
按其静态耗流来分，分为
OmniPowerTM
/
MicroPowerTM
/
NanoPowerTM
三种产品。
二、LDO工作原理
•
LDO
稳压器的主要部件是一个功率场效应管（
Power FET
）和一个差分放大器（
Differential Amplifier
）。差分放大器的一端输入由输出电压和
R1
、
R2
电阻决定，另一端输入参考电压。如果输出电压与参考电压有偏差，差分放大器的输出将会反馈调整功率效应管的输出，从而校准稳压器的输出电压。
三、LDO选取原则
所设计的电路要求分路电源具有下列特点时：
1) 低噪音、高纹波抑制；
2) 占用PCB板面积小(如手机、手持电子产品)；
3) 电路电源不允许使用电感器(如手机)；
4) 电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能；
5) 要求稳压器低压降、自身低功耗；
6) 线路要求低成本和简单方案；
此时，选用LDO是最确当、最实用、最方便、最经济的。
四、LDO主要参数
1、压差
•
压差是
LDO
线性稳压器最重要的参数
。
LDO
线性
稳压器的压差
电压是指
系统能够调节，使输出稳定在期望输出的最小输入电压和输出电压值差。此时，输入电压将是系统能够调整地最小输入电压，比这更小的电压，输入与输出将成线性关系下降。。
•
德州仪器（
TI
）电
压差定义为输出电压较其标称值跌落
2
％的输入、输出电压的
差值。其它
的
如美
信（
Maxim
）、圣
邦微电子
(SGMC)
电压差定义为输出电压较其标称值小于
100mV
时的输入、输出电压的
差值。
2、静态电流
•
静态电流（或称地电流）是指调整器输入和输出电流之间的差；一个高效率的调整器，其静态电流必须足够小。
•
静态电流由参考源、采样电阻或误差放大器的偏置电流和调整管的驱动电流组成，它不提供输出
功率
。
•
静态
电流的大小主要由调整管、电路的拓扑结构和环境温度等因素决定
。
•
静态电流定义为：
3、效率
•
LDO
调整器的效率受到静态电流和输入、输出电压的限制，满足下面的公式
：
•
Dropout
电压和静态电流必须足够小，
LDO
才能有比较高的效率，另外，由于
LDO
调整器的功耗
（ ）
受到输入－输出电压差的影响，所以输入－输出电压差必须减小，效率才能提高。不管输出条件如何，输入－输出电压差是决定调整器效率的主要因素。
4、待机电流
待机电流是指带有使能信号的LDO，当该信号关闭的时候LDO消耗的电流。参考电压和误差放大器同样也处于不供电的状态。可以进一步减小功耗。
5、瞬态响应
•
瞬态响应是
LDO
调整器的重要参数，它是负载电流阶跃变化时，输出电压允许的最大变化
量
。
瞬态
响应是输出电容（
Co
）、输出电容的等效串联阻抗（
RSR
）、旁路电容
Cb
和最大负载电流（
Io_max
）的函数，应用中应该确定这个值有多小。
•
Cb
的作用是提高负载瞬态响应能力，也起到了为电路高频旁路的作用
。
•
为了获得更好的瞬态响应，
LDO
需要更宽的带宽，更大的输出
容量、低
ESR
的电容。
6、线性调整率和负载调整率
•
线性
调整率
定义了输入变化对输出的影响，即在负载一定的情况下，输出电压变化量和输入电压变化量之
比：
•输入电压变化的最坏情况发生在电路的上下电过程。
•负载调整率是指在输入电压不变的条件下，负载发生变化时对输出电压的影响，即输出变化量与负载电流变化量的比值：
•输出负载变化的最坏情况发生在负载电流从0增加到最大额定值，或者反过来变化。
7、电源噪声抑制比
•
电源
噪声抑制比也被叫做纹波抑制
比，是
衡量
LDO
对输入电压电源变动抑制的一种
能力，需要
考虑很宽的频率范围
。
•
控制环路往往是决定纹波抑制比的主要
因素。大
的输出电容，低
ESR
，追加旁路电容能够改善纹波抑制比
。
由于输出电容的ESR或者补偿电阻（CSR）能引起控制环路不稳定，LDO制造商通常会提供ESR取值曲线图。
8、精度
•
LDO
调整器的精度是指线路调整率（
ΔV
LR
）、负载调整率（
ΔV
LDR
）、参考电压漂移（
ΔVo
，
ref
）、误差放大器电压漂移（
ΔVo
，
a
），外部采样电阻容差（
ΔVo
，
r
）和温度系数（
ΔV
TC
）的所有影响
。
•
LDO
调整器电路中输出电压的变化主要是由于电压参考源的温度变化、差分放大器的温度变化、采样电阻的容差引起
。
•
负载
调整率、线性调整率，增益误差的偏移通常只占精度的
1%
～
3%
。
五、LDO设计及布局布线
1、输入电容
•
作用是对调整器的输入进行滤波，另外输入电容也可以抵消输入线较长时引入的寄生电感效应，防止电路产生
自激振荡
。
•
一般采用两个电容并联的设计。较大的电容提供滤波作用，一般取值
10uF
左右；较小的电容提供消除振荡作用，取值应小于
1uF
，实际应用中一般选择
0.1uF
，位置应尽量靠近调整器的输入端
。
•
输入电容的纹波电流应小于器件手册给出的额定值
：
其中：
Iripple：输入电容的纹波电流； Vp：纹波电压的峰－峰值
C：输入电容值；f：为纹波电压的频率，一般取100KHz
•
注意温度对电容特性的影响
，
注意电容的额定电压要进行
80%
降额
2、输出电容
•
输入和输出滤波电容器，应当选用宽范围的、低等效串联电阻
(ESR)
、低价陶瓷电容器，使
LDO
在零到满负荷的全部量程范围内稳压效果稳定。
•
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。
NPO陶瓷电容，优点：综合性能好；不足：容值较小，价格贵。
•
在
LDO
使用电路的设计中，陶瓷电容器是最好的选择
。
因为陶瓷电容器无极性和具有低的
ESR
，典型值
<100m
Ω，电容器的
ESR
对输出纹波有重大影响。
•
ESR
受电容器的类型、容量、电介质材料和外壳尺寸影响，如常用的贴片电容器
X7R
电介质是最好的，但使用成本略高，
X5R
电介质较好，性能
/
价格比适宜，而
Y5V
电介质较差，但成本较低。
•
在
LDO
调整器带有多个负载时，每个负载电路的输入电容都是调整器的输出电容，必须保证所有这些电容的等效电容量及等效
ESR
满足电路稳定的要求。
3、布局、布线
•
元器件放置：
电路设计中，旁路电容应该尽量靠近器件引脚，即引线长度应尽量短，调整器输入端的到旁路电容的走线长度应小于
1
英寸
。
•
一点接地
•
去
耦支路尽量短
•
大
电流线路尽量短
•
做好散热设计
六、LDO应用要点
七、 LDO 电路故障排除
| 症状 | 检查点 |
| 调整器振荡 | 1．布局不合理 2．输出电容及ESR选择不当 3．输入端没有旁路电容 |
| 在轻负载情况下，调整器不能调整 | 1.在PNP型的发射极－基极电阻过大 2. 缺少（一般为1mA）的最小负载电流 3. 电路结构不合理 |
| 在重负载情况下，调整器不能调整 | 1．输入－输出电压差Vin－Vo过小 3．电流限制太低 4．反馈电压检测点和负载之间的电阻开路 5．散热器不合适 |
| 在高环境温度下，调整器发热，然后失效 | 1．散热器不合适 2．瞬态输入电压Vin(max)或调整管Vceo过大 |
| 调整元件短路失效 | 1．调整元件的SOA、Ic(max)额定值不合适 2．散热器选择不当 3．输出对地（可能通过散热器）短路 |
| 调整器短路失效 | 1．超过了调整器电流或安全工作区的承受能力 2．散热器选择不当 |
| 调整器在电源上电时失效 | 1．瞬态输入电压 Vin(max)过大 2．当负载（电容）被充电时，超过了调整器电流或者安全 工作区的承受能力 |
| 调整器在电源下电时失效 | 1．调整器有反向偏置电压 |
| 短路后或者上电期间，输出电压不能升高 | 1．输出极性颠倒 2．在一些情况下负载出现闩锁（常发生在运算放大器、 电流源等电路中） |
| 输出较大的60Hz或者120Hz纹波 | 1．输入滤波电容接地环路布局不合理 2．滤波电容选择不当 |
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