如何在系统中运用低压差稳压器

在系统中成功运用低压差稳压器,低压差稳压器（LDO）能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压，而且输入和输出电压之差低压差稳压器（LDO）能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压，而且输入和输出电压之差可以很小。这个电压差被称为压降或裕量要求，在负载电流为2A时可以低至80mV。可调输出低压差稳压器于1977年首次推出。现在，便携设备需要使用的低压差线性稳压器经常多达20个。最新便携设备中的许多LDO被集成进了多功能电源管理芯片（PMIC）——这是高度集成的系统，拥有20个或以上的电源域，分别用于音频、电池充电、设备管理、照明、通信和其它功能。

然而，随着便携系统的快速发展，集成式PMIC已经无法满足外设电源要求。在系统开发的后期阶段必须增加专用LDO来给各种选件供电，如相机模块、蓝牙、WiFi和其它连接模块。LDO还能用来辅助降低噪声，解决由电磁干扰（EMI）和印刷电路板（PCB）布线造成的稳压问题，并通过关闭不需要的功能来提高系统效率。

本文将讨论基本的LDO拓扑，解释关键的性能指标，并展示低压差稳压器在系统中的应用。同时使用ADI公司LDO产品系列的设计特征进行示例说明。

图1：采用低压差 （Vout和在额定负载电流时Vin的最低给定值之间的差值） 技术稳定输出电压的LDO框图。

基本的LDO架构。LDO由参考电压、误差放大器、反馈分压器和传输晶体管组成，如图1所示。输出电流通过传输器件提供。传输器件的栅极电压由误差放大器控制——误差放大器将参考电压和反馈电压进行比较，然后放大两者的差值以便减小误差电压。如果反馈电压低于参考电压，传输晶体管的栅极电压将被拉低，允许更多的电流通过，进而提高输出电压。如果反馈电压高于参考电压，传输晶体管的栅极电压将被拉高，进而限制电流流动、降低输出电压。

这种闭环系统的动态特性基于两个主要的极点，一个是由误差放大器/传输晶体管组成的内部极点，另一个是由放大器的输出阻抗和输出电容的等效串联电阻（ESR）组成的外部极点。输出电容及其ESR将影响环路稳定性和对负载电流瞬态变化的响应性能。为了确保稳定性，推荐1Ω或以下的ESR值。另外，LDO要求使用输入和输出电容来滤除噪声和控制负载瞬态变化。电容值越大，LDO的瞬态响应性能越好，但会延长启动时间。ADI公司的LDO在使用规定电容时可以在规定工作条件下达到很好的稳定性能。

LDO效率：提高效率一直是设计工程师的永恒追求，而提高效率的途径是降低静态电流（Iq）和前向压降。

由于Iq在分母上，因此很明显Iq越高效率就越低。如今的LDO具有相当低的Iq。当Iq远小于ILOAD时，在效率计算公式中可以忽略Iq。这样，LDO的效率公式可以简化为（Vo/Vin）*100%。由于LDO无法存储大量的未使用能量，没有提供给负载的功率将在LDO中以热量形式消耗掉。

LDO可以提供稳定的电源电压，这种电压与负载和线路变化、环境温度变化和时间流逝无关，并且当电源电压和负载电压之间的压差很小时具有最高的效率。例如，随着锂离子电池从4.2V（满充状态）下降到3.0V（放电后状态），与该电池连接的2.8V LDO将在负载处保持恒定的2.8V（压差小于200mV），但效率将从电池满充时的67%增加到电池放电后的93%。

为了提高效率，LDO可以连接到由高效率开关稳压器产生的中间电压轨，例如使用3.3V开关稳压器。LDO效率固定为85%，假设开关稳压器效率为95%，那么系统总效率将是81%。

电路特性增强LDO性能： 使能输入端允许通过外部电路控制LDO的启动和关闭，并允许在多电压轨系统中按正确的顺序加电。软启动可以在上电期间限制浪涌电流和控制输出电压上升时间。睡眠状态能使漏电流最小，这个特性在电池供电系统中特别有用，并且允许快速启动。当LDO的温度超过规定值时，热关断电路将关闭LDO。过流保护电路可以限制LDO的输出电流和功耗。欠压闭锁电路可以在供电电压低于规定的最小值时禁止输出。图2是用于便携设计的典型电源系统简图。

图2：便携系统中的典型电源域。