什么是LDO(低壓降)穩壓器?輸入電壓線性變化時對輸出電壓的相對影響

一、前言

什么是電源芯片?它有什么作用?在選擇電源芯片的時候，應該考慮那些地方?輸入電壓線性調整率、輸入電壓線性變化時對輸出電壓的相對影響？下面先來了解幾個概念問題：

1、輸出電壓負載調整率：負載電流變化時輸出電壓相對變化情況

2、輸出電壓精度：器件輸出電壓的誤差范圍

3、負載瞬態響應：負載電流從一個小值到最大流快速變化時，輸出電壓的波動。

4、電源芯片選擇DC/DC還是LDO?

這個取決于你的應用場合。比如用在升壓場合，當然只能用DC/DC，因為LDO是壓降型，不能升壓。

另外看下各自的主要特點：

DC/DC：效率高，噪聲大;

LDO：噪聲低，靜態電流小;

所以如果是用在壓降比較大的情況下，選擇DC/DC，因為其效率高，而LDO會因為壓降大而自身損耗很大部分效率;

如果壓降比較小，選擇LDO，因為其噪聲低，電源干凈，而且外圍電路簡單，成本低。

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩壓器，是相對于傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5v轉3.3v，輸入與輸出的壓差只有1.7v，顯然是不滿足條件的。針對這種情況，才有了LDO類的電源轉換芯片。

LDO線性降壓芯片：原理相當于一個電阻分壓來實現降壓，能量損耗大，降下的電壓轉化成了熱量，降壓的壓差和負載電流越大，芯片發熱越明顯。這類芯片的封裝比較大，便于散熱。

LDO線性降壓芯片如：2596，L78系列等。

DC/DC降壓芯片：在降壓過程中能量損耗比較小，芯片發熱不明顯。芯片封裝比較小，能實現PWM數字控制。

DC/DC降壓芯片如：TPS5430/31，TPS75003，MAX1599/61，TPS61040/41

LDO是lowdropoutregulator，意為低壓差線性穩壓器，是相對于傳統的線性穩壓器來說的。傳統的線性穩壓器，如78xx系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓高出2v~3V以上，否則就不能正常工作。

但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5v轉3.3v，輸入與輸出的壓差只有1.7v，顯然是不滿足條件的。針對這種情況，才有了LDO類的電源轉換芯片。生產LDO芯片的公司很多，常見的有ALPHA，Linear(LT)，Micrel，Nationalsemiconductor，TI等。

二、什么是LDO(低壓降)穩壓器?

LDO是一種線性穩壓器。線性穩壓器使用在其線性區域內運行的晶體管或FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下100mV之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。

正輸出電壓的LDO(低壓降)穩壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設備)作為PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為200mV左右;與之相比，使用NPN復合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為2V左右。負輸出LDO使用NPN作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出LDO的PNP設備類似。

更新的發展使用CMOS功率晶體管，它能夠提供最低的壓降電壓。使用CMOS，通過穩壓器的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的ON電阻造成的。如果負載較小，這種方式產生的壓降只有幾十毫伏。

DCDC的意思是直流變(到)直流(不同直流電源值的轉換)，只要符合這個定義都可以叫DCDC轉換器，包括LDO。但是一般的說法是把直流變(到)直流由開關方式實現的器件叫DCDC。

LDO是低壓降的意思，這有一段說明：低壓降(LDO)線性穩壓器的成本低，噪音低，靜態電流小，這些是它的突出優點。它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個旁路電容。新的LDO線性穩壓器可達到以下指標：輸出噪聲30μV，PSRR為60dB，靜態電流6μA，電壓降只有100mV。

LDO線性穩壓器的性能之所以能夠達到這個水平，主要原因在于其中的調整管是用P溝道MOSFET，而普通的線性穩壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅動的，不需要電流，所以大大降低了器件本身消耗的電流;另一方面，采用PNP晶體管的電路中，為了防止PNP晶體管進入飽和狀態而降低輸出能力，輸入和輸出之間的電壓降不可以太低;而P溝道MOSFET上的電壓降大致等于輸出電流與導通電阻的乘積。由於MOSFET的導通電阻很小，因而它上面的電壓降非常低。

如果輸入電壓和輸出電壓很接近，最好是選用LDO穩壓器，可達到很高的效率。所以，在把鋰離子電池電壓轉換為3V輸出電壓的應用中大多選用LDO穩壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用，LDO穩壓器仍然能夠保證電池的工作時間較長，同時噪音較低。

如果輸入電壓和輸出電壓不是很接近，就要考慮用開關型的DCDC了，因為從上面的原理可以知道，LDO的輸入電流基本上是等于輸出電流的，如果壓降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC轉換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉換器的優點是效率高、可以輸出大電流、靜態電流小。隨著集成度的提高，許多新型DC-DC轉換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器。但是，這類電源控制器的輸出脈動和開關噪音較大、成本相對較高。

近幾年來，隨著半導體技術的發展，表面貼裝的電感器、電容器、以及高集成度的電源控制芯片的成本不斷降低，體積越來越小。由於出現了導通電阻很小的MOSFET可以輸出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如對于3V的輸入電壓，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的輸出。其次，對于中小功率的應用，可以使用成本低小型封裝。另外，如果開關頻率提高到1MHz，還能夠降低成本、可以使用尺寸較小的電感器和電容器。有些新器件還增加許多新功能，如軟啟動、限流、PFM或者PWM方式選擇等。

總的來說，升壓是一定要選DCDC的，降壓，是選擇DC-DC還是LDO，要在成本，效率，噪聲和性能上比較。

LDO體積小，干擾較小，當輸入與輸出電壓差較大的化，轉換效率低。

DC-DC好處就是轉換效率高，可以大電流，但輸出干擾較大，體積也相對較大。

LDO一般是指線性的穩壓器--LowDropOut，而DC/DC則是線性式和開關式穩壓器的總稱。

如果你的輸出電流不是很大(如3A以內)，而且輸入輸出壓差也不大(如3.3V轉2.5V等)就可以使用LDO的穩壓器(優點是輸出電壓的ripple很小)。否則最好用開關式的穩壓器，如果是升壓，也只能用開關式穩壓器(如果ripple控制不好，容易影響系統工作)。

三、LDO的選擇

當所設計的電路對分路電源有以下要求：

1、高的噪音和紋波抑制;

2、占用PCB板面積小，如手機等手持電子產品;

3、電路電源不允許使用電感器，如手機;

4、電源需要具有瞬時校準和輸出狀態自檢功能;

5、要求穩壓器低壓降，自身功耗低;