一文搞定LDO！ - 21ic电子网

大家好，今天我们给大家讲解关于LDO相关的内容，LDO作为电路板上最常见的IC之一被广泛使用，我们几乎可以在任何电子产品的电路板上都可以见到它的身影。可能也正是由于常用，因此我们也更容易忽略其中的一些问题，那么今天我们来聊聊。该部分内容主要如下：

目录1、LDO简介2、分类2.1 NPN型LDO2.2 PNP型LDO2.3 NMOS型LDO2.4 PMOS型LDO3、工作原理4、使用注意项4.1 最大值(Absolute Maximum Ratings )4.2 推荐操作环境(Recommended Operating Conditions)5、热参数及热设计5.1 热参数基本概念5.2 实例:无热阻参数，如何计算结温TJ？6、电气参数详解6.1 输出电压精度6.2 静态电流(IQ)6.3 关断电流(ISHDN)6.4 线性调整率(Line regulation)6.5 负载调整率(Load regulation)6.6 电源抑制比(Power-supply rejection ratio)6.7 压降(Dropout voltage)

1、LDO简介

LDO英文全名就是Low Dropout Regulaor，顾名思义就是低压差线性稳压器，属于线性电源。

我们从下面的拓扑图可以看出，LDO内部主要是参考电压源、误差放大器、反馈电路和输出晶体管。

输出晶体管输出晶体管串联在串联稳压器输入输出引脚之间。随着输入电压或输出电流的变化，误差放大器信号控制其栅极电压或基极电流。因此，输出晶体管起可变电阻的作用，保持输出电压稳定。

参考电压源这是误差放大器的参考电压源。误差放大器根据这个参考电压控制输出晶体管的栅极或基极，保持输出电压稳定。

反馈电路反馈电阻对输出电压进行分压并产生反馈电压。误差放大器比较反馈电压与参考电压，控制输出电压。两个反馈电阻串联在VOUT和GND引脚之间。电阻之间的中点电压施加到误差放大器。

误差放大器误差放大器比较反馈电压（即两个反馈电阻的中点电压）与参考电压。当反馈电压低于参考电压时，误差放大器提高MOSFET驱动力，降低漏源电压，从而增加输出电压。当反馈电压高于参考电压时，误差放大器降低MOSFET驱动力，增加漏源电压，从而降低输出电压。

2、分类

如下图所示，根据串联输出晶体管的不同，LDO可以分为下面四类。

2.1 NPN型LDO

从上图可是看到经过输出采样之后，通过一个NPN三极管来控制一个PNP型的前级晶体管，这个前级的晶体管是通过集电极的电流来最终控制功率NPN晶体管导通程度的。

2.2 PNP型LDO

2.3 NMOS型LDO

2.4 PMOS型LDO

另外还有一种双电源供电的NMOS架构的LDO：

3、工作原理

以下图最常用的PMOS型LDO讲解，参考电压VREF和反馈电压VFB（VOUT通过两个电阻分压）分别接在误差放大器的反向和正向端，然后输出误差量，再通过MOS drive调整输出电压大小，达到输出稳定。当输出电压增大时，VFB增大，放大器输出电压增加，PMOS管的G极电压增大，Usg减小，PMOS的输出电流和电压较小，形成了一个负反馈系统。

如图所示，输出VOUT通过两个电阻分压R1、R2组成了一个分压网络，接入误差放大器的正端，与负端的参考电压VREF一起调节PMOS的RDS。VIN经过RDS上产生压降，获得VOUT。在PMOS电阻RDS上产生的压降。显然，输出电流IOUT越大，在RDS产生的压降也越大。这就解释了为什么在数据表中，输出电流IOUT越大，VDO也越大。

当VIN（对应PMOS的S极）下降时，误差放大器的输出（对应PMOS的G极）也会降低以获得更低的VGS，来驱动PMOS的获得更低的RDS来保持输出电压的稳定。但误差放大器会在VIN持续下降时的某一点饱和，无法再使RDS更低。所以当VIN非常接近甚至低于VOUT(NOM)时，LDO会失去调节电压的能力。

而VIN越大，误差放大器越容易产生较大的VGS，因此可以调节RDS到更低的电阻。于是，同样的输出电流下，VIN越大，VDO就越小。

4、使用注意项

4.1 最大值(Absolute Maximum Ratings )

一般使用过程中，不可以超过最大值，长时间过载使用会造成芯片永久性损坏。

输入电压（VIN）：可在输入与GND之间施加的绝对最大电压值

使能电压（VEN）：可导通和关断IC输出的电压范围

输出电压（VOUT）：输出电压范围，后级IC可承受的电压

输出电流（IOUT）：最大输出电流，流过后级IC的电流（负载电流）

结温（Tj）：IC可承受的最高结温。

储存温度（Tstg）：在不施加电压的情况下适合储存IC的环境温度范围。

4.2 推荐操作环境(Recommended Operating Conditions)

5、热参数及热设计

半导体器件热量主要是通过三个路径散发出去：封装顶部到空气封装底部到电路板封装引脚到电路板。电子器件散热中最常用的，也是最重要的一个参数就是热阻（Thermal Resistance）。一般用符号Rθ来表示热阻。热阻的单位为°C/W。一般而言，导体的热阻类似于电阻，铜最好，其次是铝、钢等。因此，铜引脚架构封装具有最高的性能，即最低的Rθ。

5.1 热参数基本概念

Rθ：Thermal Resistance (°C/W)

P：Total Device Power Dissipation (W)

T：Temperature (°C)

∆T：Temperature Differential = P × Rθ

RθJA：Junction-Ambient Thermal Resistance

RθJC：Junction-Case Thermal Resistance

RθCA：Case-Ambient Thermal Resistance

RθJA = RθJC + RθCA

TJ = TA + (P × RθJA)

根据上述内容，我们可以知道，要想计算LDO芯片内部结温TJ需要知道环境温度TA以及LDO消耗的功耗PD，一般环境温度我们可以方便测出。LDO消耗的功率PD计算公式如下：PD=(VIN-VOUT)*IOUT+VIN*IQ因为一般LDO的静态电流IQ要比负载电流IOUT小的多，因此LDO功耗计算公式可以简化为：PD=(VIN-VOUT)*IOUT

5.2 实例:无热阻参数，如何计算结温TJ？

假设下面条件下：输入电压VIN：3V输出电压VOUT：1V负载电流IOUT：200mA热阻RθJA：298℃/W注：有些规格书中并不会直接把热阻参数给出，而是给出如下所示的其他参数，我们可以计算出：RJA=(TJ-TA)/PD=125/0.42≈298℃/W环境温度是25℃时，可以计算：

TJ=25℃+(3-1)V*200mA*298℃/W=144℃

6、电气参数详解

LDO芯片手册中参数众多，其中最重要的还是电气参数，本节主要讲解其中的重点部分，只有深刻理解这些参数，我们才能在项目前期设计中更好的选型，在后期问题排查时快速跟踪定位问题所在。

6.1 输出电压精度

输出电压精度与输入电压的关系图

输出电压精度与芯片工作温度的关系

6.2 静态电流(IQ)

写法1：Quiescent Current

写法2：Ground Pin Current

写法3：Ground Current

静态电流(Quiescent Current)又称Ground Pin Current或Ground Current，静态电流（IQ）是LDO处于工作状态时其内部控制电路消耗的电流。静态电流即从GND脚流出的电流。数据表显示了在零负载条件（IOUT=0A）、指定的输入电压（VIN）、偏置电压（VBIAS）和温度下的一个数值。低静态电流的LDO适用于由电池供电的便携式应用。

6.3 关断电流(ISHDN)

英文Shut down Current，使能脚拉低，VOUT=0V时，VIN上消耗的电流即为关闭功耗，一般在1uA以内，越小越好。

6.4 线性调整率(Line regulation)

在负载一定的时候，输出电压随着输入电压改变而产生的变化量。这个值越小越好。线性调整率((Line regulation)是衡量LDO在输入电压变化时保持稳定的输出电压能力的一个指标。无论输入电压如何变化，具有低线性调节率的LDO都可提供稳定的输出电压。线性调整率（Reg·line）是指当输出电流（负载电流）恒定时输出电压变化与输入电压变化（供电电压）之比。在数据表中，线性调整率是指在指定的输出电流（IOUT）和温度下，在指定的输入电压（VIN）范围内输出电压（VOUT）的变化率,如下图所示：

6.5 负载调整率(Load regulation)

数据表中显示的负载调整率(Load regulation)值是衡量LDO在输出电流（负载电流）变化情况下保持稳定的输出电压能力的一个指标。无论输出电流如何变化，具有低负载调整率的LDO都可提供稳定的输出电压。负载调整率是指当输入电压（供电电压）恒定时输出电压变化与输出电流（负载电流）变化之比。在数据表中，负载调整率是指在指定的输入电压（VIN）和温度下，在指定的输出电流（IOUT）范围内输出电压（VOUT）的变化率。