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                LDO淺談

                2018-05-14 來源:炯芯微電子 點擊:
                LDO 是一種線性穩壓器,使用在其線性區域內運行的晶體管或場效應管(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 MOS 功率晶體管,它能夠提供最低的壓降電壓。使用 功率MOS,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。
                DC-DC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DC-DC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DC-DC。
                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(TI的TPS78001達到Iq=0.5uA),電壓降只有100mV(TI量產了號稱0.1mV的LDO)。 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。由于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。由于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DCDC還是LDO,要在成本,效率,噪聲和性能上比較。
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