目前，现代电子元器件的尺寸正在缩小。然而，电池的效率正在发生很大变化，因此这是对电源管理系统施加限制的一个因素。在半导体制造中，技术发展导致了片上系统（SoC）架构，无论模拟、数字和RF等子系统被集成到特定的硅芯片中，这意味着不同的系统块使用不同的电源。电源管理系统使用不同的电源电路，如DC-DC转换器、线性电压调节器、开关调节器和低压差调节器或LDO。本文对低压差调节器进行了概述。


什么是低压差调节器？

术语LDO代表“低压差调节器”，是一种具有成本效益且简单的电压调节器。该调节器的主要功能是从高输入电压中获得调节的o/p电压。

该调节器的主要特征是，无论何时提供调节的o/p电压，它都能够在其两端包括极低电压降。因此，这允许调节器在功率关键型电池的应用中使用，只要电池的输入电压接近必要的调节o/p电压。


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低压差稳压器

低压差电压调节器使用可变输入来提供稳定、持续控制、低噪声的直流o/p电压。这是一种线性电压调节器，其包括输入和输出之间的小电压降，即使在o/p电压非常接近i/p电压时也能工作，不像线性电压调节者那样需要输入和输出中的大电压降才能适当工作。与线性型等其他电压调节器相比，这种电压调节器不包括开关噪声&设备尺寸更小。


低压差电压调节器的主要功能包括：；它在整个负载中将输入电压供应控制为所需的电压。下一个功能是在i/p电源中存在噪声的情况下提供极低噪声的o/p电压。因此，最常用的LDO调节器是AMS1117、RT9193和MIC29302。


关于线性电压调节器的简要说明

在电路设计中，使用了不同种类的线性电压调节器，如7805或7812。这是一种通过可变输入电压以及稳定、恒定控制的低噪声直流o/p电压的电路或设备。


Linear Voltage Regulator Circuit


线性电压调节器电路

与负载电阻的变化相比，调节器的稳定输出电压是其内部电阻不间断变化的结果。


简单恒压调节器的输出电压可以通过以下方程给出：


Vout=伏<sub>在X R（X R）负载/对负载+对在


五、在X（1/1+R）在/对负载)


如果不存在任何负载，则o/p电压最高，相当于调节器处的i/p。当负载存在时，与可实现的最高值相比，o/p电压将较低。因此，最大输出电压和通过负载的输出电压之间的主要差异被称为通过EVO表示的输出电压误差。


通常，这种输出电压误差被表示为最高o/p电压和通过负载的输出电压之间的百分比差异。


E沃=（V输出最大值–V门诊量/五输出最大值)X 100


以i/p和负载电阻为单位的误差百分比可以给出为


E沃=R在/对在+对负载


必须减少这种误差，因此反馈是必不可少的。因此，反馈电路用于检测负载内发生的变化，并调节可变内阻，使内阻与负载电阻的比值保持不变。


低压差调节器理论

LDO是一种低损耗，它可以在输入和输出之间的低电位变化下工作。有时，它被称为低损耗型或饱和型线性调节器。通常，电压调节器能够稳定工作的最低电压低于1V。


跌落电压

在线性调节器中，晶体管位于VIN和VO之间&获得恒定晶体管操作所需的最小电位差异被称为漏失电压。一旦输入和输出之间的电压差异在降压电压下下降，那么晶体管就不能保持恒定操作&o/p电压降低。


以这种方式，对于像线性调节器这样的调节器以及低压差，可以设置所需的最小输入电压以确保该过程。在这种情况下，VO+跌落电压是最小工作电压。一旦i/p电压处于最低操作电压下，则o/p电压将不是恒定的。


LDO的结构

下图显示了LDO的基本框图。LDO的主要组件是参考电压、差分放大器（误差放大器）和通过元件（场效应晶体管）。


Low Dropout Voltage Regulator Block Diagram


低压降电压调节器框图

这个LDO框图如下所示，其中使用的基本组件是误差放大器（差分放大器）、参考电压和FET（场效应晶体管）。


差分放大器的正输入检查通过电阻器（如R1和R2）的分数测量的输出的除法，而放大器负引脚处的i/p可以来自稳定的参考电压。


低压差调节器工作

LDO调节器的工作原理类似于普通线性电压调节器，但它包括三个重要部件，如通过元件、参考电压源和误差放大器。通常，通过元件是P沟道和N沟道FET，然而，它也被称为PNP或NPN。在下面的LDO图中，输入电压被提供给像N沟道FET这样的通过元件。


该FET的操作可以在线性区域中进行，以将输入电压降低到必要的输出电压以下。


误差放大器或差分放大器通过将输出电压与参考电压进行比较来检测输出电压。因此，这种放大器将FET的栅极端子朝着合适的操作端修改，以确保o/p处于准确的电压。一旦输入电压改变，则差分放大器改变场效应晶体管以保持稳定的输出电压。在稳态工作环境中，这种调节器的工作原理就像一个简单的电阻器。


一些类型的LDO调节器存在于固定和可变的o/p电压版本中，以根据需要调节o/p电压。这些调节器还包括一个启用引脚，用于操作调节器，从而帮助设计者控制调节器，以便在不使用时防止电池使用。


LDO调节器的元件

低压差调节器的主要元件主要包括以下几个方面。


参考电压

在任何电压调节器中，电压基准都是起始点，因为它位于差分放大器的工作端。通常，可以使用带隙型电压基准，因为它可以在低电压电源下工作。


差分放大器/误差放大器

误差放大器设计中的主要要求是它应该汲取尽可能小的电流。放大器的输出电阻必须尽可能低，因为传输晶体管的栅极电容会很大。


通过分压器网络向下平衡的o/p电压是误差放大器的一个输入，而另一个输入可以是参考电压。因此，经过对比，这个放大器调节通过元件的电阻。


反馈

电阻电压的分压器反馈对于缩小o/p电压是可靠的&它允许使用差分放大器通过参考电压对其进行评估。


Pass元素

在LDO中，通过元件负责将电流从输入传输到负载，并通过反馈回路中的差分放大器进行驱动。通常，MOSFET被用作通过元件。


输出电容器

在LDO中，这是一个重要的组件，因为它确保在整个负载瞬态过程中电流可以立即流向负载，直到差分放大器准备就绪。


电容器的等效串联电阻（ESR）非常重要，因为它可以阻止电流从电容器流向负载。因此，对于等效串联电阻范围为10mΩ–300mΩ的电容器（1µF），可行的电容器类型为陶瓷、聚合物电解和低ESR钽。


LDO参数

LDO的不同参数如下所述。


静态电流

静止可以被定义为一种状态，否则就是不活动的阶段。因此，一旦灯亮，在待机模式下，这个电流可以在整个系统中消耗，否则没有连接负载。


静态和关闭这两种电流都是不同的术语。静态电流是指在灯未连接负载时在整个系统中消耗的电流，而关闭电流是指设备停用后消耗的电流。然而，电池仍与设备相连。


电源抑制比

电源抑制比（PSRR）可以定义为LDO拒绝诸如纹波电压之类的AC元件的能力。PSRR可以通过以下公式表示：


PSRR（dB）=20 log（输入电压/输出电压）


负荷调节

这种调节可以定义为电路在变化的负载条件下保持特定输出电压的能力。因此，这种负荷调节可以表示为


负载调节=∆Vout/∆Iout


线路调节

线路调节可以定义为电路通过改变输入电压来保持特定输出电压的能力。这可以表达如下。


负载调节=∆Vout/∆Vin


瞬态响应

瞬态响应可以定义为负载电流阶跃变化的最高允许o/p电压差。它也可以被称为类线阶跃响应。这是输出电容器值（Cout）函数、o/p电容器的ESR（等效串联电阻）、Cb（旁路电容器）和（Iout，max）最高负载电流。最高瞬态电压差可以如下所示。


∆Vtr，最大值=（Iout，最大值/Cut+Cb）∆t1+∆VESR


LDO的特点

主要LDO的特点主要包括以下内容。


  • 欠压闭锁

  • 电流限制

  • 热停堆

  • 输出放电

优点和缺点

LDO或低压差调节器是一种直流线性电压调节器。这种调节器用于调节o/p电压，即使电压源非常接近o/p电压。


与直流到直流调节器相比，这种类型的调节器具有许多优点，如不存在开关噪声，设备尺寸小，并且设计更简单。这种调节器的缺点是，与开关调节器不同，线性直流调节器应该溶解调节装置两端的功率来控制输出电压。


应用

主要LDO的应用主要包括以下内容。


  • 行动电话

  • 高效线性电源

  • 掌上电脑、笔记本电脑和笔记本电脑

  • DC/DC模块和开关电源后调节器

  • 电池供电设备

  • 个人电子产品或消费电子产品

  • VPP调节或开关和PCMCIA VCC

  • 低噪声和高PSRR等LDO用于无线和有线通信。

  • 便携式设备使用低功率和小尺寸类型。

  • 汽车和工业应用的高压耐受性。

  • 高功率LDO用于数字核心电源。

因此，这是低压差电压调节器或LDO的概述。在电源管理系统中，它是最重要的组件，尤其是通过电池运行的设备。这些调节器可以通过稳定的输出提供几个电压电平。该调节器的输出电压与负载阻抗、温度和输入电压内的变化无关。这是一种线性电压调节器，它在输入和输出之间的极低电位差下工作。这里有一个问题要问你，市场上有哪些不同类型的电压调节器？