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DC/DC變換器已廣泛應用于各種移動電子系統(tǒng)中，如移動通信終端、便攜式電腦、PDA等。低電壓、低壓差(Low Dropout)線性穩(wěn)壓器LDO在功能上屬于DC/DC變換器中的降壓變壓器，具有結構簡單、低噪聲、低功耗以及小封裝和較少的外圍應用器件等突出優(yōu)點，在便攜式電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。

  LDO概述

  LDO(Low Dropout)線性穩(wěn)壓器，比傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器有更高的電源轉換效率，而比開關式穩(wěn)壓器有更簡單的結構、更低的成本和更低的噪聲特性，因此它在便攜式電子產(chǎn)品中越來越受歡迎。LDO線性穩(wěn)壓器和開關式穩(wěn)壓器成為當今便攜式電子產(chǎn)品中最常用的兩類電源管理電路。

  LDO有Bipolar(雙極性)和CMOS(單極性)兩種。一般而言，雙極性芯片可以工作在較高的工作電壓下，并且有較高的跨導，容易設計。而CMOS的最佳特性是它的輸入端僅需要極小的偏流。

LDO的結構主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調整元件、基準源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡和保護電路等。

  LDO原理

  根據(jù)調整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。此外，還有一種使用穩(wěn)壓管的小電源。在這里我們只討論LDO線性穩(wěn)壓電源，下面以線性穩(wěn)壓器ICW2231為例來進行分析：

  首先，ICW2231系列產(chǎn)品是合肥艾創(chuàng)微電子科技有限公司以CMOS工藝制造的18V耐壓、低功耗、高PSRR，高精度低壓差線性穩(wěn)壓器。內置固定電壓基準，溫度保護，限流電路，相位補償電路以及低內阻的MOSFET，達到高紋波抑制，高精度低壓差的性能。

  ICW2231系列兼容體積比鉭電容更小的陶瓷電容，而且不需使用0.1uF的By-pass電容，更能節(jié)省空間。

  ICW2231系列的高速響應特性能應付負載電流的波動，所以特別適合使用于手持及射頻產(chǎn)品上。

圖 1

  圖1為ICW2231的功能示意圖，其基本電路由串聯(lián)調整管、取樣電阻、比較放大器組成。

其基本工作原理：上電時，使能腳處于高電平，電路啟動，恒流源電路提供偏置，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入上升，當輸出即將達到規(guī)定值時，由反饋網(wǎng)絡得到的輸出反饋電壓也接近于基準電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電壓之間的誤差小信號進行放大，再經(jīng)調整管放大到輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：Vout=(R1+R2)/R2 *Vref。

  LDO相關參數(shù)

  (1)輸出電壓(Output Voltage)

  輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設備設計者選用穩(wěn)壓器時首先應考慮的參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過廠家精密調整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應用要求，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度。

  (2)最大輸出電流(Maximum Output Current)

  用電設備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當?shù)姆€(wěn)壓器。

  (3)輸入輸出電壓差(Dropout Voltage)

  輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。

  (4)接地電流(Ground PIN Current)

  接地電路IGND是指串聯(lián)調整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調整管元件時，這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。

  (5)負載調整率(Load Regulation)

  負載調整率可以通過圖2中的紅線與藍線之間的壓差來定義，壓差越小，LDO的負載調整率就越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強。

圖 2

  (6)線性調整率(Line Regulation)

  線性調整率可以通過圖3中的紅線與藍線之間的壓差來定義，壓差越小，LDO的線性調整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響就越小，說明LDO的性能越好。

圖 3

  LDO應用時的PCB設計

  PCB板設計要點：要得到一個穩(wěn)定和低噪音的穩(wěn)壓電路或系統(tǒng)，要小心安排PCB板的布局結構，所有的器件必須靠近LDO，可以把PCB板按功能分成幾塊，如圖4所示。

圖 4

  (1)保持通路在輸入電壓Vin、輸出電壓Vout之間，輸入電容Cin、輸出電容Cout接地要短，以降低噪音和干擾;

  (2)采樣電阻R1、R2和反饋電容CFB必須保持靠近芯片的FB反饋腳，以防噪音;

  (3)大面積地直接連接芯片的GND地腳和輸入電容Cin、輸出電容Cout的負端。

  LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)在設計時所需要注意的事項：

  (1)LDO最大輸出電流

  按照2/3原則選擇，即電路總消耗電流的3/2倍，若電路總消耗電流50 mA，那么LDO的最大輸出電流為75mA。

  (2)封裝散熱以及功耗

  功耗=(輸入電壓-輸出電壓)*工作電流，按照1/2原則選擇LDO封裝，達不到的在PCB上應增加散熱面，功耗大的可以安裝散熱片。

  (3)注意壓降

  壓降=輸入電壓輸出電壓之間的壓差，壓降符合LDO規(guī)格才能穩(wěn)定輸出，不然輸出達不要求，如壓降2V的LDO，想要輸出電壓5V，輸入電壓就要7V。

  (4)靜態(tài)電流

  靜態(tài)電流指的是LDO工作本身需要消耗的電流。特別是用電池供電的產(chǎn)品，需要選用較低靜態(tài)電流的LDO以提升產(chǎn)品的待機時間。

  (5) 濾波電容

  參考LDO規(guī)格書要求，選用合適的電容，選用容量過小的電容，輸出的電壓可能會不穩(wěn)或者紋波比較大。如果輸入的電源紋波本身就比較大，輸入和輸出端建議選用更大容量的電容;電容的耐壓值也需要注意，一般使用2倍原則來選用。假如輸入端電壓為24V，那么最好選擇50V耐壓的電容，如果耐壓值實在達不到2倍也不能少于1.5倍。否則設計的產(chǎn)品是不可靠的。