了解当今低压差稳压器(LDO)的特性与参数

随着当今电子设备的日益复杂，对各种稳压电源的需求持续增长。此外，电池供电的电子设备必须面对一个问题，即电池提供的电压／电流有限，从而使得为这样的设备提供稳定电压更为复杂。

低压差稳压器(LDO)在包括电池供电的电子设备在内的大量应用中广为使用。但是，设计人员了解LDO的特性和参数以及这些参数对整体系统的影响是非常重要的。

LDO架构概述

LDO使用电压控制的电流源来产生给定的输出电压。LDO由带隙参考源、放大器、传输晶体管和反馈网络组成(见图1)。传输晶体管通常是N沟道或P沟道FET，用作调整输出电压的可变电阻。此输出电压与带隙参考电压进行比较，放大器相应驱动传输晶体管以均衡其输入上的电压。

压差

由于LDO架构依靠调节电阻元件来产生给定的输出电压，因而LDO(或任何线性稳压器)只能产生比输入电压低的输出电压。为了使输出保持稳压而在输入和输出问需要的最小电压差称作压差。由于LDO只使用单个FET晶体管作为传输元件，其压差比其他线性稳压器拓扑的压差小，因此称为低压差稳压器或LDO。

压差成为使用LDO调节电池电压的电池供电应用中的重要参数。以一个采用单节锂离子(Li－Ion)电池供电的应用为例。锂离子电池充满电时的开路电压约为3.6V，在电量完全耗尽时电压降至约2.7V。在此例中，使用LDO将电池电压降至2.5V，为系统的其余部分供电。如果LDO的压差为200 mV或更小，则在电池电量耗尽之前LDO的输出将保持稳压。但是，如果LDO的压差为500 mV，则当电池电压降至3V时输出电压将不再稳定。在这种情况下，电池电量无法完全耗尽，从而对电池寿命造成负面影响。

线路调整度

LDO的另一个常用参数是线路调整度。此参数表示器件在变化的输入电压下对输出电压进行稳压的能力。线路调整度通常指定为在输入电压发生一伏变化时输出电压的变化百分比(％／V)。需要注意的是，线路调整度是直流或稳态参数。因此，由于输入电压发生变化而产生的任何输出电压瞬变都将被忽略。

在上面讨论的压差示例中，LDO从单个锂离子电池提供2.5V稳压输出。在此示例中，LDO的输入电压随着锂离子电池电量的消耗发生变化。因此，尽管LDO输出电压的标称值为2.5V，其仍然会随着电池电压的变化而变化。变化的程度与LDO线路调整度参数成函数关系。

线路调整度也可能是支持多个电源的系统(如带备用电池的交流一直流转换器)的关键因素。在这种情况下，主电源可以是来自交流一直流转换器的12V电源，但是如果掉电，系统将切换到备用电池，从而可能使系统在9V电压下运行。LDO如何对输入电压的这种突发跳变做出响应至关重要。如果LDO的输出变化显著，这可能会引起其他系统故障。

负载调整度

线路调整度对应LDO输入电压的变化，而负载调整度对应LDO输出负载的变化。按照定义，负载调整度是LDO在变化的电流负载条件下保持恒定输出电压的能力。此参数通常在数据手册中显示为在给定负载电流变化下LDO输出电压的变化百分比。

在电流负载发生显著变化的应用中，负载调整度将成为LDO的重要参数。例如，要构建一个依靠LDO为单片机提供稳压电源的系统。单片机可能处于不同的工作状态，可能是关断或休眠模式，也可能是不同功耗级别的运行模式。当单片机从一种状态切换到另一种状态时，此类设备的电流消耗可能快速改变，电源轨上的任何电压毛刺都可能对单片机产生不利影响。因此，能够在各种电流负载条件下提供稳定的输出电压是选择合适LDO的重要因素。

电源正常指示器

除了线性稳压器的基本操作以外，一些LDO(如Microchip的MCP1825)还提供了附加功能，如电源正常指示器。此功能提供一个逻辑输出，指示LDO的输出何时稳定且处于稳压范围内。通常，这样的输出引脚都会带有某种内置的迟滞电路以避免由噪声或其他因素引起误触发。

当采用LDO为需要清洁启动电压的敏感器件供电时，电源正常指示功能是非常有用的。在这种情况下，LDO的输出将保持与负载断开，直至电源正常指示器提供有效输出。此时，系统可将LDO的输出连接到负载，确保电源清洁、稳定，并且其缓慢的变化不会对系统造成任何影响。

过热保护

某些LDO的另一个实用功能是过热保护。与所有硅集成电路一样，硅芯片存在一个最大温度限制，通常称为最大结温，约为150℃。如果超过最大结温，硅芯片就可能永久损坏。包括MCP1825在内的一些LDO实现了过热保护电路，用于监视硅的内部结温。如果达到最大结温(对于MCP1825为150℃)，LDO输出将关断，直到结温降至可接受的级别。这可防止过高的温度对集成电路造成永久损坏。

结论

初看之下，低压差线性稳压器似乎非常简单，可轻松设计到系统中。在大多数情况下确实如此，这是此类直流一直流转换器的优势之一。但是，系统设计人员必须了解LDO的各种参数，以及这些参数如何影响整体系统设计。为给定应用选择合适的LDO时，系统设计人员必须考虑输入电源、负载要求以及LDO的瞬态响应对系统中其余电路的影响。