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LDO电路设计及关键参数

来源于 数码通 2023-09-29 06:35

硬件设备开发过程中,相信很多工程师都会使用LDO。说到LDO,对应的是DC-DC。两者经常被比较。去年夏天小白面试的时候,有很多问题询问两者的区别以及各自的优缺点。 LDO是比较常用的。今天我要讲的是LDO。

LDO(低压差线性调节器)是低压差线性稳压器。作为硬件设计中最重要的电路模块之一,肯定很多人都会用过。无论是集成的芯片还是自己搭建的模块,大家都应该有所了解。

首先,我们来谈谈使用误差放大器构建的分立LDO。

图为最简单的LDO电路图。

主要用到,误差放大器,NMOS管,电阻

对于OUT端电压的计算,根据运放的虚短路和虚开路,计算出OUT值为3.6V,主要与参考电压VCC1和R1、R2有关。所以这个LDO电路图主要是用来将5V转换成3.6V的。

该电路主要利用MOS管可变电阻的特性来保持输出电压的稳定。当后级负载因其他不稳定因素导致OUT端电压升高时,此时经其分压到误差放大器“+”级的电压变大,造成与负参考电压的电压差变得更大。根据运算设Uo=A*(U±U-)可知输出电压变大。 MOS管工作在可变电阻区。此时电阻变大,导致电路压差变大,导致OUT端电压下降,以维持输出稳定。

前面提到,输出电压主要与参考电压和R1 R2有关。但这并不意味着输入电压可以是任何值。根据输出电压3.6V,即MOS管的S极电压为3.6V,以及MOS管Uds的击穿电压,可以推算出其最大输入电压。

从芯片方面来说,集成度比较高。制造LDO芯片的厂家有很多,比如TI、UTC、艾为、ETA等,其中小白用过的LDO厂家有艾为、ETA。

不同厂家、不同型号的LDO内部结构不同,电路设计往往存在差异。但其原理仍与上述分离公式相同。它只是集成到芯片中。

虽然内部结构不同,但毕竟在研究过程中,它主要关注的参数仍然是那几个。我们先来说说LDO的几个关键参数。 (本文以艾为AW37030D180DNR型号LDO为例)

输入输出电压

选择时,首先要注意LDO的输入输出电压。参考手册中给出的LDO的输入值往往是一个范围,而输出是一个固定值。

其输入范围为1.9V-5V。但其输出为1.8V。

电源抑制比

表示LDO抑制输入端噪声的能力。很多情况下,LDO连接在DC-DC电路后面,其主要目的是抑制噪声。

PSRR=20lg[(Vin-Vr纹波)/(Vout-V纹波)]

高PSRR LDO对输出纹波的抑制效果还是非常明显的。

我们经常在datesheet上看到这样的图表。

100K 至 1MHz 范围内的 PSRR 非常重要。这是DCDC 的噪声频率范围。 LDO通常用作DCDC的下一级,并且必须能够滤除DCDC中的大量噪声。

ADCDAC、相机AVDD电源上,我们需要选择PSRR大于80dB(@100Hz)的LDO

额定输出电流

即通过 LDO 的额定电流。在设计的时候,这一点应该特别重要。同时,在LDO数据表上,我们经常看到电流和电压曲线。

从图中我们可以看到,同一个LDO在流过不同电流时,其输出电压值会略有变化。

LDO 温度性能

许多电子元件都有指定的工作温度范围,LDO 也是如此。不同的封装有不同的温度性能。

从图中可以看出,和电流值一样,在不同的环境下对LDO的输出有不同的影响。

静态电流 I Q

即当外部负载电流为0时,为LDO内部电路供电所需的电流。其中,静态电流会受到外部输入电压和温度的影响。如图所示。

瞬态响应

在 LDO 应用中,输入电压和输出负载有时会发生剧烈变化。 LDO的输入端可能会因供电设备的电压波动而发生剧烈变化。输出负载可能在输出端切换,部分负载可能启动或停止。这些情况都会导致LDO输出电压波动。我们可以通过LDO的瞬态响应曲线来了解当LDO遇到输入电压或负载电流剧烈变化时LDO输出电压的变化。具有良好瞬态响应的LDO在输入电压或负载电流剧烈变化时,输出电压波动小,恢复时间快。

当负载电流剧烈变化时,输出电压也非常稳定。

从图中我们可以看到,当输入电压发生剧烈变化时,LDO的输出几乎不受影响。

电路设计

LDO分为四个引脚,分别是输入输出、使能和地。

IN端连接电源输入端,例如DC-DC输出端或其他电源端,输入端连接小电容。

OUT 端子连接至负载。同时,连接一个小电容。

CE端子为使能端子。 LDO是否工作,可以观察使能端是否为高电平。

GND 端子接地。

电路设计中,在输入输出端各挂一个电容接地,可以实现更好的瞬态响应,同时也起到滤波作用。对于电容器的选择,数据表上往往会给出参考资料,我们在设计时可以根据给定的参考资料进行选择。

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