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什么是LDO(低壓降)穩(wěn)壓器?
2023-04-03 826次

  什么是LDO(低壓降)穩(wěn)壓器?

  LDO是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或FET,從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓,產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下100mV之內(nèi)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(wěn)壓器通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設(shè)備)作為PNP。這種晶體管允許飽和,所以穩(wěn)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(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為2V左右。負輸出LDO使用NPN作為它的傳遞設(shè)備,其運行模式與正輸出LDO的PNP設(shè)備類似。

  更新的發(fā)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(wěn)壓器的唯一電壓壓降是電源設(shè)備負載電流的ON電阻造成的。如果負載較小,這種方式產(chǎn)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(zhuǎn)換),只要符合這個定義都可以叫DCDC轉(zhuǎn)換器,包括LDO。但是一般的說法是把直流變(到)直流由開關(guān)方式實現(xiàn)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(wěn)壓器的成本低,噪音低,靜態(tài)電流小,這些是它的突出優(yōu)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(wěn)壓器可達到以下指標:輸出噪聲30μV,PSRR為60dB,靜態(tài)電流6μA,電壓降只有100mV。

  

 


  LDO線性穩(wěn)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(diào)整管是用P溝道MOSFET,而普通的線性穩(wěn)壓器是使用PNP晶體管。P溝道MOSFET是電壓驅(qū)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(tài)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(dǎo)通電阻的乘積。由於MOSFET的導(dǎo)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(wěn)壓器,可達到很高的效率。所以,在把鋰離子電池電壓轉(zhuǎn)換為3V輸出電壓的應(yīng)用中大多選用LDO穩(wěn)壓器。雖說電池的能量最後有百分之十是沒有使用,LDO穩(wěn)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(guān)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(zhuǎn)換器包括升壓、降壓、升/降壓和反相等電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是效率高、可以輸出大電流、靜態(tài)電流小。隨著集成度的提高,許多新型DC-DC轉(zhuǎn)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(guān)噪音較大、成本相對較高。

  近幾年來,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)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(xiàn)了導(dǎo)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(yīng)用,可以使用成本低小型封裝。另外,如果開關(guān)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(zhuǎn)換效率低。

  DC-DC好處就是轉(zhuǎn)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(wěn)壓器--LowDropOut,而DC/DC則是線性式和開關(guān)式穩(wěn)壓器的總稱。

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

 

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