简述罗姆低饱和稳压器(LDO)主要性能参数

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低压差稳压器(通常称为LDO)广泛用于许多行业的各类电子应用。一般认为,LDO是调节和控制由较高输入电压电源提供的输出电压的一种简单而便宜的方法。但是,成本和简单性并非其得到广泛使用的唯一原因。事实上,如今的系统随着每种新设计的出现而变得越来越复杂、对噪声的反应更加敏感并且更加耗电。各种功率水平的开关电源的广泛使用,意味着设计工程师必须花更多时间考虑如何避免噪声耦合和干扰,同时还要提高系统效率,所以成本和简单性不是唯一的推动因素。

对大多数应用而言,产品数据表的基本参数的规格明白易懂。遗憾的是,产品数据表并不会列出针对每种可能的电路条件的参数。因此,若要发挥LDO的最大优势,就必须理解主要性能参数及其对既定负载的影响。设计工程师需要通过严密分析周围电路条件,来确定LDO是否适合特定负载。

本文分析了LDO的主要性能参数,以及它们对于向电子系统中的各种器件提供干净的输出电压的影响,另外还将讨论设计工程师在优化系统时(特别是在电流水平较高时)必须考虑的因素。

如何在应用中使用LDO

在大多数应用中,LDO主要用于将灵敏的负载与有噪声的电源相隔离。与开关稳压器不同,线性稳压器会在通路晶体管或MOSFET(用来调节和保持输出电压来达到所需的精度)中造成功率耗散。因此,就效率而言,LDO的功率耗散会是一个显著劣势,并可能导致热问题。所以,设计工程师需要通过尽可能降低LDO功率耗散,来提升系统效率和避免热复杂性,这一点很重要。

LDO是用于电压调节的最老和最常用器件;然而,其许多主要性能参数并未得到人们的充分理解或至少未被最大限度地加以利用。尽管成本是一项非常重要的因素,但推动LDO使用的主要因素是系统的功率要求和受电负载可接受的噪声水平。LDO还可用于降噪,以及修复由电磁干扰(EMI)和印刷电路板(PCB)布线造成的问题。

对于电流消耗非常低的负载,LDO的功率耗散非常小,所以由于其简单、成本低和易用性而成为必然之选。但是,对于电流消耗大于500mA的负载,其他因素变得更重要,有时甚至很关键。在这类应用中,系统工程师应当对那些在较高电流水平条件下重要性会提升的性能参数多加考虑,如压差、负载调节和瞬态性能。

LDO是线性稳压器的一种,所以人们常常拿它与传统线性稳压器相比,特别是在成本方面。很重要的一点是要理解通路元件是LDO的核心,且该核心及其周围电路对LDO的性能具有决定性影响。

LDO内部

LDO包含三个基本功能元件:一个参考电压、一个通路元件和一个误差信号放大器,如图1所示。正常工作期间,通路元件充当电压控制器电流源。通路元件由来自误差信号放大器的补偿控制信号驱动,误差信号放大器可感测输出电压并将其与参考电压进行比较。所有这些功能块都会影响LDO的性能。LDO生产商的产品数据表始终包括相应规格,用以说明这些功能元件的性能。

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图1:LDO框图


从图2可以看出,LDO稳压器设计中通常有四种不同的通路元件:基于NPN型晶体管的稳压器、基于PNP型晶体管的稳压器、N通道基于MOSFET的稳压器和P通道基于MOSFET的稳压器。

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图2:LDO稳压器中使用的四种不同的晶体管


通常,基于晶体管的稳压器比基于MOSFET的稳压器具有更高的压差。另外,基于晶体管的稳压器的晶体管通路元件的基极驱动电流与输出电流成比例。这会直接影响基于晶体管的稳压器的静态电流。相比之下,MOSFET通路元件使用隔离栅极驱动的电压,使其静态电流显著低于基于晶体管的稳压器。

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