LDO的主要性能参数逐个看资料下载

低压差稳压器(LDO)广泛见于许多产业的各类电子应用；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，成本和简易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之广泛使用，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，所以成本和简易性不是唯一的推动因素。 对大多数应用而言，产品数据表上的基本参数规格明白易懂；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之参数。 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。 设计工程师需要透过严密分析周遭电路条件，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，以及它们对于为电子系统中各种组件提供干净输出电压的影响；另外还将讨论工程师在进行系统优化时─特别是当电流水平较高时─必须考虑的因素。 LDO在各种应用中扮演的角色 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；与切换式稳压器(switching regulators)不同，线性稳压器会在传输晶体管(pass transistor)或用以调节、维持输出电压以达到所需精度的MOSFET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牌、最常用组件，然而它的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还可用于降低噪声，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，如压差电压、负载调节和瞬时性能。 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，要理解导通组件(pass element)是LDO的核心，且该核心组件及其周遭电路对LDO的性能具有决定性影响。 LDO里有什么？ LDO包含三个基本功能组件：一个参考电压、一个导通组件和一个误差放大器(error amplifier)，如图1所示；正常运作期间，导通组件充当电压控制器电流源。 导通组件由来自误差放大器的补偿控制讯号驱动，误差讯号放大器可感测输出电压并将其与参考电压进行比较；所有这些功能区块都会影响LDO的性能。 LDO供货商的产品数据表一定会包括象征这些功能组件性能的规格。 图1 LDO功能区块图。 图2显示LDO稳压器设计中通常有四种不同的导通组件：基于NPN型晶体管的稳压器、基于PNP型晶体管的稳压器、N信道基于MOSFET的稳压器，和P信道基于MOSFET的稳压器。 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晶体管导通组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。 相较之下，MOSFET导通组件使用隔离闸极驱动的电压，使其静态电流显著低于以晶体管为基础的稳压器。 主要LDO性能参数 压差 压差是指当进一步减小输入电压会造成输出电压失稳的输入电压与输出电压之差别；在压差条件中，导通组件在线性区工作，相当于一个电阻。 对于现在的LDO，导通组件通常采用PMOS或NMOSFET来实现，这可实现低至30m~500mV的压差。 图 3显示了使用PMOS FET作为导通组件的ISL80510 LDO的压差。 图 3 I SL80510压差。 负载调节率 负载调节率是指在既定负载变化下的输出电压变化，这里的负载变化通常是从无负载到满负载，对应的负载调节率如方程序1所示： 方程序1 负载调节率显示了导通组件的性能和稳压器的闭回路DC增益；当闭回路DC增益越高，负载调节率越好。 线性调节率 线性调节率是指在既定输入电压变化下的输出电压变化，如以方程序2所示： 方程序2 由于线性调节率还取决于导通组件的性能和闭回路DC增益，在考虑线性调节率时常常不包括压差操作，因此线性调节率的最小输入电压必须高于压差。 电源抑制比(PSRR) PSRR表示LDO抑制由输入电压造成的输出电压波动的能力，如方程序3所示；线性调节率只有在直流电时才需要考虑，但PSRR必须在宽带率范围上考虑。 方程序3 考虑传统的闭回路系统，小讯号输出电压Vout可由方程序4表示： 方程序4 其中Vin是小讯号输入电压，Gvg是从输入到输出电压的开回路转移函数(transfer function)，k v是输出电压感测增益，GC是补偿器的转移函数，Goc是从控制讯号到输出电压的开回路转移函数，kv×GC×Goc是闭回路转移函数T(s)。 从方程序3和4可以看出，显然PSRR由闭回路增益T(s)和从输入到输出电压的开回路转移函数的倒数1/ Gvg组成，如图4所示。 闭回路转移函数在较低频率下占据主导地位，从输入到输出电压的开回路转移函数在较高频率下占主导地位。 图4 PSRR vs.频率。 噪声 此参数通常是指LDO本身在输出电压上产生的噪声，是能隙电压参考的固有特性。 方程序4显示了参考电压与输出电压的关系。 遗憾的是，闭回路转移函数对于抑制从参考电压到输出电压的噪声效果不大。 因此，大多数低噪声LDO都需要一个额外的滤波器来防止噪声进入闭回路。 瞬时响应 LDO普遍用于负载点调节比较重要的应用中，例如为数字IC、DSP、FPGA和低功率CPU供电。 此类应用中的负载有多种工作模式，需要不同的供电电流。 因此，LDO必须快速响应，以使供电电压保持在要求的限制范围之内。 这使LDO的瞬时行为成为关键性能参数之一。 如同在所有闭回路系统中一样，瞬时响应主要取决于闭回路转移函数的带宽；要想实现最佳瞬时响应，闭回路带宽必须尽可能高，同时还要确保有足够相位余裕(phase margin)，以保持稳定性。 图5 ISL80510瞬时响应(2.2Vin, 1.8Vout)。 静态电流 LDO的静态电流(或接地电流)是导通组件的偏置电流偏流与驱动电流的结合，通常保持尽可能低的水平。 另外，当PMOS或NMOSFET被用做导通组件时，静态电流相对来说不太受负载电流的影响。 因为静态电流不会流向输出，所以它会影响LDO的效率，如方程序5所示： 方程序5 LDO内部的功率耗散定义为 Vin×(Iq Iout)-Vout×Iout。 要想优化LDO的效率，必须将静态电流以及输入电压与输出电压之差别降到最低。 输入电压与输出电压之差别对效率和功率耗散有直接影响，所以一般选择最低压差。