一文详解LDO的基本构成与种类

本期技术电子杂志主题为“电源IC基础及小型/低功耗设备、控制/处理电路板的电源设计”。

上期我们介绍了在电源IC选型时需要确认的重要特性，包括噪声、瞬态响应、PSRR、热设计、电源时序和保护功能。

作为第5期的本期内容，我们将讲解作为代表性电源IC之一的LDO。

第5期｜ LDO的基本构成与种类

■ 什么是LDO

LDO是Low DropOut的缩写，是一种即使在输入电压与输出电压差较小的条件下也能工作的电压稳压器。它有时也被称为线性稳压器或串联稳压器。

LDO通过调节输入VIN与输出VOUT之间的FET或晶体管等控制元件，来维持稳定的输出电压。其基本工作原理与第2期介绍的“水流控制”比喻相同。

■ LDO的优势

LDO的一大特点是电路结构简单。

在多数情况下，外部元件主要以输入电容和输出电容为主，无需像DC/DC转换器那样使用电感。因此，LDO 更容易减小 PCB 面积，同时也更容易进行电源设计。

此外，由于LDO不进行开关动作，其噪声比DC/DC转换器更小，这也是其特点之一。因此，LDO常被用作传感器、射频（RF）和模拟电路等对电源噪声敏感的电路的电源。

■ LDO的注意事项

另一方面，LDO也存在一些注意事项。

在LDO中，输入电压与输出电压之间的差值会转化为损耗。例如，当输入5V、输出3.3V时，差值1.7V乘以输出电流的数值即为损耗，并转化为热量。也就是说，当输入电压与输出电压的差值较大，或者输出电流较大时，必须注意发热问题。

LDO虽然结构简单、易于使用，但在选型时不能忽视效率和散热设计。

■ LDO的基本结构

LDO通常具有以下几种典型结构。

三引脚稳压器

由VIN、VOUT、GND这3个引脚构成的简单类型。适用于需要持续供电的应用场景。

带EN引脚的类型

通过EN引脚可控制LDO输出的开启/关闭。在需要切断非必要电路电源，或希望在电池设备中抑制电流消耗时非常有效。

VOUT外部设定型

通过FB端子与外接电阻，可设定输出电压的类型。适用于需要生成任意电压或需要应对多种电压变化的情况。

LDO的基本电路

(a) 三引脚稳压器

(b) 带EN引脚

(c) VOUT外部设定(FB)

■ 按特性分类的LDO

LDO也可根据特性进行分类。主要分类包括低功耗型、高速型和低噪声型。

低功耗型

低功耗型LDO的特点是电源IC本身的静态电流（即Iq）较小。对于休眠时间较长的设备或长期依靠电池运行的设备来说，负载电流较小的状态通常会占据大部分时间。

在这些应用中，LDO本身的静态电流会影响电池寿命。因此，低功耗型 LDO 非常适用于 MCU、RTC、待机电源以及各种低功耗设备。不过，一般而言，静态电流越低，瞬态响应和PSRR等特性往往越差。

高速型

高速型 LDO 是一种注重在负载电流急剧变化时快速稳定输出电压的类型。在 MPU、FPGA、SoC、通信 IC 等负载电流急剧变化的电路中，抑制电源电压的波动非常重要。

此外，高速型产品大多具有出色的PSRR，也可用于需要抑制前级电源纹波的应用。另一方面，与低功耗型相比，其Iq可能会较大。 

低噪声型

低噪声型LDO是一种注重抑制输出噪声的类型。在高灵敏度传感器、RF电路、音频、模拟前端等电源噪声会影响性能的电路中非常有效。

一种常用的配置是：先通过DC/DC转换器高效生成电压，然后在后级配置低噪声LDO。这种结构更容易在效率和噪声性能之间取得平衡。

LDO的典型框图

(a) 低功耗        (b) 高速        (c) 低噪声

■ 根据用途进行合理选择至关重要

选择LDO时，不能仅凭输出电压和输出电流来决定。

若重视电池寿命，应选择低功耗型；

若负载波动较大，则应选用高速型；

若需抑制噪声，则应选用低噪声型。

由此可见，根据负载电路的特性及设备的要求，选择合适的类型至关重要。此外，还需综合确认输入电压与输出电压的差值、输出电流、环境温度以及电路板的散热性能。

■ 设计时需确认的要点

在选型LDO时，确认以下几点将有助于决策。

・输入电压范围是否在LDO的工作范围内

・输出电压和精度是否满足负载电路的要求

・最大输出电流是否留有余量

・输入电压与输出电压之间的温差是否会产生过热问题

・优先考虑低功耗、快速响应还是低噪声

・是否需要EN引脚或CL放电功能

・输出电容的容量和种类是否符合数据手册的条件

总结

LDO是一种由简单的外部元件构成、易于构建低噪声电源的电源IC。但另一方面，由于输入电压与输出电压之间的差值会产生损耗，因此需注意发热及效率问题。

此外，LDO分为低功耗型、高速型和低噪声型，根据具体应用场景，适用的产品各不相同。虽然人们普遍认为“LDO易于使用”，但若综合考虑稳定运行、发热、噪声及电池寿命等因素，选型时需确认的要点其实很多。

■ 下期预告

第6期｜LDO选型时需确认的主要特性

此期将介绍查阅LDO数据手册时至关重要的PSRR、Vdif、Iq、负载瞬态响应等特性。

关于特瑞仕半导体株式会社

特瑞仕半导体株式会社(总公司：东京、东证Prime: 6616)从 1995年设立以来，作为日本国内唯一的模拟电源IC的专业厂家，以「Powerfully Small」为产品制造追求的目标，提供增加客户产品的附加值的世界最小级的高效率模拟电源IC以及可以加快客户产品开发的电源设计方案。

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