LDO基本工作原理

LDO基本工作原理

一、简介

LDO（low dropout regulator，低压差线性稳压器）。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压 电压至少高出2V~3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然 传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况，芯片制造商们才研发出了LDO 类的电压转换芯片。

二、分类

• PMOS LDO：
  常见的LDO是由P管构成的，由于LDO效率比较低，因此一般不会走大电流。

• NMOS LDO：
  针对某些大电流低压差需求的场合，NMOS LDO应运而生。
  

• 传统PNP LDO：
  正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右。
  

• 传统NPN LDO：
  使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

三、工作原理

LDO=low dropout regulator，低压差+线性+稳压器。

• 低压差： 输出压降比较低，例如输入3.3V，输出可以达到3.2V。
• 线性： LDO内部的MOS管工作于线性电阻。
• 稳压器： 说明了LDO的用途是用来给电源稳压。

3.1 内部结构

以PMOS LDO为例：

LDO内部基本都是由4大部件构成，分别是分压取样电路、基准电压、误差放大电路和晶体管调整电路。

• 分压取样电路： 通过电阻R1和R2对输出电压进行采集；
• 基准电压： 通过bandgap（带隙电压基准）产生的，目的是为了温度变化对基准的影响小；
• 误差放大电路： 将采集的电压输入到比较器反向输入端，与正向输入端的基准电压（也就是期望输出的电压）进行比较，再将比较结果进行放大；
• 晶体管调整电路： 把这个放大后的信号输出到晶体管的控制极（也就是PMOS管的栅极或者PNP型三极管的基极），从而这个放大后的信号（电流）就可以控制晶体管的导通电压了，这就是一个负反馈调节回路。

3.2 负反馈流程

以PMOS LDO为例：

1. 反馈回路

2. PMOS驱动的反馈

LDO工作原理就一句话：通过运放调节P-MOS的输出。

参数	LDO（低压差线性稳压器）	DC-DC（开关电源）
工作方式	线性调节，功率管工作在线性区，多余能量以热量形式消耗	开关调节，功率管快速开关，能量通过电感/电容转换
效率	效率 = VOUT/VIN，压差越大，效率越低（通常70%~90%）	效率高（通常85%~95%），不受输入输出压差影响
输出噪声	极低（μV级），输出纯净，适合敏感电路	有开关噪声（mV级），需要额外滤波
体积	小，无需电感，仅需1~2个旁路电容	大，需要电感、电容、二极管等外围元件
适用场景	小电流（≤2A）、低噪声、低压差、对体积敏感的场景（如传感器、射频模块）	大电流（≥1A）、输入输出压差大、追求高效率的场景（如电机、屏幕、处理器）

补充：实际项目中，常采用“DC-DC+LDO”的组合方案——DC-DC负责大电流、高压差的电压转换（如12V转5V），LDO负责后级稳压（如5V转3.3V），兼顾效率和输出纯度，比如手机、平板的供电架构就是如此。