原创 AMEYA360知识分享：电压转换中的LDO

 2022-10-28 10:16  1048 8 4 分类: 汽车电子

　　在电压转换中，LDO和DCDC是经常用到的两种方式。众所周知DCDC转换器的优点在于效率高，电流输出大，静态电流小。相比较于DCDC转换器，LDO是一种压降更低、噪声更低、成本也更低的器件。

　　传统的线性稳压器输出电压条件很严苛，这才有了LDO类的电压转换器件的诞生。压降太大，消耗在线性稳压器上的能量会增加不少，这时候就很容易影响效率。LDO可以看作低压差加线性加稳压器。

　　相辅相成的LDO与电容

　　LDO需要的外接元件不多，一到两个旁路电容即可，相比于DCDC需要外接的电感、二极管、电容这些算得上是非常简单了。虽然简单，但是电容却十分重要，它与LDO相辅相成，合适的电容选择才能让LDO稳定地正常工作。

　　电容的制成材料有很多种，每种不同材料的电容在应用时都会有各自的优缺点，通常来说，陶瓷电容都会是不错的选择，陶瓷电容的变化最小，而且成本也很低。电容值的变化会直接影响LDO控制环路的稳定性，增加电路的不可预测行为。标注的电容值可能和实际它能提供的电容天差地别，可能是因为直流电压偏差导致，可能是温度导致，因此选择合适的电容是LDO关键中的关键。

　　电容器的动态特性导致其在没有外加电场的情况下可能会发生一些自发极化，这使电容具有初始电容。可以对电容器施加外部直流电压，产生一个电场逆转初始极化，直流偏置特性不佳的电介质就不适合与LDO一起使用。温度上按照电容器指定的温度等级划分，大部分LDO结温在-40℃到125℃，在这个温度范围，X5R或X7R电容是比较合适的。LDO可以与很多这种小型陶瓷电容配合使用，前提这些电容的寄生等效串联电阻足够低。

　　从LDO的命名（low-dropout regulator）就可以看出，这种器件最典型的特征就是dropout。按最基本的说法，dropout描述了适当调节所需的VIN和VOUT之间的最小值。Dropout电压也就是指输入电压VIN必须保持在所需输出电压VOUT以上的最小电压差。LDO可以在输入电压降低时持续保持输出电压不变，直到输入电压逼近输出电压加上这个压差。

　　我们知道DCDC的效率普遍是高于LDO的，其实如果输入电压和输出电压很接近，那么LDO稳压器也能达到很高的效率，也就是压差足够小的情况下，LDO效率也不会很低。但如果并不接近，压差太大，消耗在LDO上的能量会增加不少，既会增加器件功耗又会影响效率。很多因素都会影响这个压差，比如负载电流和结点温度，但从根本看，这个压差本质上是由LDO的体系架构决定——PMOS LDO架构和NMOS LDO架构。

　　PMOS LDO架构在较高的输出电压下将具有较低的压差，NMOS LDO架构在低输出电压下实现较低的压差。二者相较来说PMOS架构会更常见一些，因此LDO一般不会走大电流，小电流场景PMOS LDO架构更适合，在大电流场景NMOS LDO架构更适合。

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