LDO在开关电源中的设计应用

1. 输入输出电压差

输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的前提下，该电压差越低，线性稳压器的性能越好。比如，5.0V的低压差线性稳压器，只要输入5.5V，就能使输出电压稳定在5.0V。

2. 最大输出电流

用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需要的电流值选择适当的稳压器。

3. 负载调整率

负载调整率是众多电源设备一个非常重要的参数，它反映了电源抑制负载干扰的能力，负载调整率越低，输出负载对输出电压的影响越小，LDO的品质就越好。

4. 接地电流

接地电流I_GND是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，但是采用PNP晶体管作串联调整元件时，这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差线性稳压器的接地电流很小。

图2：LDO应用于开关电源原理。

5. 输出电容器

典型LDO需要增加外部输入和输出电容器。利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。

陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。输出电容器的等效串联电阻(ESR)会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的ESR，大概为10 mΩ量级，而钽电容器ESR在100 mΩ量级。另外，许多钽电容器的ESR随温度变化很大，会对LDO性能产生不利影响。电容的具体应用需要咨询LDO厂商以确保正确实施。

6. 封装

选择LDO产品时应考虑LDO的散热，负载大的LDO应尽可能选择大封装，这样有利于LDO性能稳定。

LDO在开关电源中的设计应用

遵循以上原则，本文选择哈尔滨圣邦微电子有限公司生产的SG2002和SG2012系列LDO。

应用LDO于开关电源的电路如图2所示，图中虚线部分是开关电源通常采用的电

路，它可以给LDO提供+6V/1.5A的输出电压/电流。该电源应用SG2002-5.0XN5/TR、SG2012-3.3XKC3/TR、SG2012-2.5XKC3/TR以及SG2012-1.8XKC3/TR分别生成+5.0V/0.3A、3.3/0.4A、2.5V/0.4A以及1.8V/0.4A电压/电流。图中LDO芯片的输入端和输出端接有1uF的瓷片电容，以此提高LDO的稳定性。在每个LDO的BP端接上一个0.01uF的瓷片电容，可以有效地降低LDO的输出噪声。

LDO在开关电源中的作用

1. 简化开关电源设计

开关电源多路输出一般通过增加高频变压器反馈端来实现，这使得开关电源在设计过程中增加了设计者的工作量。应用LDO作为开关电源的输出终端，可以极大地简化开关电源的设计，缩短开发周期。

2. 提高开关电源的负载调整率

LDO是来稳定电源电压的专用芯片，目前有很多公司设计的LDO的负载调整率非常小。应用LDO可以大幅度地降低开关电源负载调整率。[!--empirenews.page--]

3. 有效滤除开关电源电磁干扰，减小纹波输出

开关电源的突出缺点是产生较强的EMI。EMI信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。LDO有较高的电源抑制比，且LDO是低噪声器件，因此应用LDO可以有效地滤除开关电源EMI，减小纹波输出。

4．为开关电源提供过流保护

尽管许多PWM控制芯片本身具有过流保护功能，但LDO的过流保护功能可以提升开关电源的安全系数。

试验分析

图3：开关电源负载调整率测试电路

下面通过以下两个实验来验证该方案的可行性：

1．测量负载调整率

实验电路如图3所示。由电子负载依次拉出0mA到400mA的电流，在每个负载点记录下开关电源的输出电压。测试数据经过处理，可以得出图4所示的图表。该图充分说明，LDO优秀的负载调整率已经被完全移植到开关电源上。换言之，LDO极大地提高了开关电源的负载调整率。

2．输出纹波的测量

分别在开关电源的LDO输入端和输出端接上示波器，可以得出图5所示的波形。其中Ch¹是LDO入口处的输出波形，而Ch²是LDO出口处的输出波形，即开关电源的最终输出波形。

由上图可以看出，LDO有效地滤除了开关电源EMI信号，相对于搭建常规EMI过滤器来讲，应用LDO更简单可靠。