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LDO 电路:基础知识、工作原理和应用

  • 发表时间:2021-11-23 08:25:05
  • 来源:本站
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您是否正在为您的PCB设计电源调节策略或者您正在为您的电路板创建自定义电源?如果是,那么思考控制发送到组件的功率的最佳方法至关重要。这适用——尤其是当您处理高速数字系统时。那么,电源重要吗?无论您是从线路电压还是从电池供电——将输入功率控制到系统的最佳水平都是相关的。例如,如果您使用电池供电,LDO 电路将是理想的选择。这是因为线性稳压器提供了足够的电压。此外,它提供了来自输入电压的较低稳定电压。

也就是说,我们将通过重点介绍 LDO 的元素、工作原理、应用程序等来更多地讨论 LDO。

让我们开始!

什么是 LDO?

LDO 是一个首字母缩写词,意思是 Low Dropout。您也可以将其称为饱和或低损耗类型的线性稳压器。它在输入和输出电压电源之间的低 PD(电位差)下工作。

LDO 稳压器只能接受比首选输出电压稍大的输入电压。这是因为该设备是具有可变输入电压的降压 DC-DC 转换器。因此,压差是指连接输入和首选输出电压或电源输入的最小差异。

此外,无论该器件的低功率效率如何,它都可以在约 1V 的低压差下稳定运行。线性稳压器还可以提供具有稳定和恒定输出的不同电压电平。

此外,LDO 的输出电压与电池的放电、温度、功率损耗和负载阻抗无关。例如,您的锂离子电池的输入电源范围为 2.7V 至 4.2V。2.7V 表示完全放电的电池,而 4.7V 表示充满电的电池。因此,如果您的电池电压降至 3V 以下,LDO 可以将您的输出保持在 2.5V。

LDO 稳压器的组成部分是什么?

LDO 的元素或关键组件包括:

误差放大器


如果您计划设计 LDO 的误差放大器,那么尽可能降低电流至关重要。为什么?因为传输晶体管的栅极电容很大。因此,放大器的输出电阻应该非常低。

此外,误差放大器有两个输入。第一个是分压器将输出电压按比例降低时。然后,接下来是参考电压。因此,当它完成比较两个输入时,误差放大器将修改传输元件的电阻。

传递元素


误差放大器驱动反馈回路内的传递元件。传输元件有助于将电压从输入转移到负载中。此外,您可以使用 NMOS 和 PMOS 作为通路元件。

当您仔细观察电路时,您会注意到 V o(s)连接到 V 1(s)此外,PMOS 晶体管需要最低电压才能正确调节并保持潮湿。

并且最小的漏源电压V 2(s)负责给出最小的电压。但是,重要的是要注意 PMOS 传输元件对于极低电压设备并不理想。

此外,您可以使用 NMOS 晶体管获得低压差电压、输出和输入。基于传输元件 (NMOS) LDO 的好处是稳压器的输出位于晶体管的源极中。此外,NMOS 进入源极跟随器配置。

电压参考

该元素指的是任何稳压器的起点,因为它设置了误差放大器的工作点。此外,您可以使用带隙型电压基准——因为它允许在低电源电压下工作。

输出电容


在负载瞬变的情况下,输出电容器使 LDO 能够移动负载内的电流,并且误差放大器被置位。

此外,电容器的 ESR 发挥着巨大的作用,因为它限制了从电容器流入负载的电压。因此,如果您使用的是 ESR 范围(10 到 300m 欧姆)的 1µF 电容器,则可以使用以下电容器类型:

  • 低 ESR 钽电容器

  • 陶瓷电容器

  • 高分子电解电容器

回馈

此元素可帮助您按比例降低输出电压。此外,它还允许使用误差放大器在参考电压和输出电压之间进行比较。

LDO 的特点

  1. 低噪声稳压器可以输出稳定的电压。它在不受输入电压变化影响的情况下执行此操作。因此,LDO 非常适合为容易产生噪声的设备提供电压。

  2. 该设备需要一些外部元件(电阻器或电容器)。

  3. LDO 具有电流限制功能,可防止系统过热。

  4. LDO 具有输出放电电路,有助于快速放电并将输出端电压降至接近IC GND 的位置。

  5. 该器件具有热关断功能,有助于避免损坏和劣化。

LDO 如何工作?


LDO 的主要组件是参考电压源、传输元件和误差放大器。传输元件是 P 沟道 FET 或 N 沟道。因此,它首先将输入电压施加到传输元件(N 沟道晶体管)。 

然后,晶体管工作在线性区域以降低输入电压。这个过程一直持续到输入电压达到首选输出电压。此时,误差放大器会识别产生的输出电压。之后,误差放大器将比较两个参数(输出和参考电压)。

此外,误差放大器会将 FET 的栅极更改为正确的工作点。因此,它有助于确保输出具有准确的电压。因此,当输入电压发生变化时,误差放大器会调整 FET 以获得恒定的输出电压。

当操作条件处于稳定状态时会发生什么?那么,LDO 将充当一个简单的电阻器。此外,您可以使用其启用引脚打开或关闭稳压器。此功能可帮助用户避免使用电池 - 当 LDO 未使用时。

何时使用 LDO?

  1. 如果您的输入电压范围很宽,则 LDO 是理想的选择。但是,必须考虑从电源获得稳定的电压输出。此外,您无需调整反馈回路中PWM信号。这是因为组件不需要反馈到开关元件。

  2. 当您需要系统具有恒定的输出功率时,您可以使用 LDO,而不管输入电压降如何。

  3. LDO 还可用于降低输出以匹配首选输出电压。

其他高级 LDO 电路

高级 LDO 旨在提供用户可选择的参考电压。此功能使设备可编程。

通常,LDO 可以将高频旁路到地。这一切都归功于输出对角线的并联电容器。但电路设计人员更关注过滤多级稳压器的输出。遗憾的是,他们并不关注输入过滤。

因此,您可以使用EMI滤波器来提升 LDO 这样,您的设备将符合 EMC/CISPR 标准。有趣的是,此功能对于使用开关稳压器产生高次谐波至关重要。

此外,您还可以添加其他必要的方面来改善系统(模拟和数字)的配电。

选择 LDO 的重要参数

以下是选择 LDO 之前需要考虑的重要参数:

负载调节

该参数是指电路在不同负载条件下保持特定输出电压的能力。

负载调节率= ∆Vout/ ∆Iout

静态电流

静止是一种休眠状态。因此,静态电流是指系统在待机模式下消耗电流。此外,这只发生在电池连接到您的设备时。 

瞬态响应

瞬态响应描述了负载电流阶跃变化的最高允许输出电压差。您也可以调用线路阶跃响应。此参数是以下函数:

最大负载电流 (I out max )

输出电容的 ESR

输出电容值 (C out )

旁路电容器 (C b )

瞬态响应方程为:

∆Vtr, max = (Iout, max / Cout + Cb) ∆t1 + ∆VESR

线路调节

线路调节是电路在不同输入电压下保持特定输出电压的能力。您可以将其表示为:

线路调整率= ∆Vout / ∆Vin 

PSRR(电源抑制比)

LDO 的 PSSR 是设备可以丢弃 AC 元素的时间。交流元件的一个很好的例子是纹波电压。所以,你可以用下面的等式来表达它:

PSRR (dB) = 20 log (Vripple (in)/ Vripple (out))

LDO电路的应用

您可以在以下应用中使用 LDO 电路:

  • 高效线性电源

  • 电脑

  • SMPS 后置稳压器和 DC/DC 模块

  • 无线和有线通信

  • 汽车应用

  • 电池供电设备

  • VPP 调节/PCMCIA VCC

  • 工业应用

  • 数字核心供应

最后的话

LDO 电路在电子工业中扮演着重要的角色。毕竟,大多数电源需要线性稳压器来获得首选电压。因此,该器件非常适合需要恒定输出功率而不管输入电压降如何的项目。

此外,您可以参考电路图来了解主要组件。您对 LDO 稳压器有何看法?请随时与我们联系以获取更多信息。