LDO參數(shù)之壓差、耗散功率和靜態(tài)電流
LDO
在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。最常見(jiàn)的供電方式有低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）開(kāi)關(guān)電源（DC-DC）和電荷泵（Charge Pump）三種。
針對(duì)不同的應(yīng)用，我們需要權(quán)衡各方面的因素，如功能，效率，功耗和復(fù)雜度等，最終選型確定應(yīng)用哪種類型的電源芯片。下表是三種電源芯片的對(duì)比：
表1 LDO/DC-DC/Charge Pump對(duì)比表
低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）以電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用面積小、高紋波抑制比等優(yōu)點(diǎn)，牢固地占據(jù)著電源管理IC市場(chǎng)的一席之地，市場(chǎng)用量巨大，本文簡(jiǎn)單介紹一下LDO的壓差，功耗和耗散功率這三個(gè)參數(shù)，以及設(shè)計(jì)上需要注意的問(wèn)題。
目前常見(jiàn)的LDO大都是CMOS工藝設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部架構(gòu)（如下圖 1）主要包括：?jiǎn)?dòng)電路，恒流源偏置單元，控制單元，調(diào)整元件，基準(zhǔn)源，誤差放大器，反饋網(wǎng)絡(luò)（取樣電路），保護(hù)電路等。基本工作流程為：系統(tǒng)上電后， 判斷使能腳是否處于高電平，如果為高電平，電路開(kāi)始啟動(dòng)；基準(zhǔn)源電壓快速在恒流源提供的偏置電壓下建立，輸出電壓上升。然后，誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)源之間的誤差小信號(hào)放大，形成負(fù)反饋，從而保證輸出電壓穩(wěn)定不變。負(fù)載電流和電壓變化時(shí)，負(fù)反饋電路也會(huì)起作用達(dá)到穩(wěn)壓電壓的功能。
圖1 P-MOS型LDO穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)圖
壓差
低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)在正常工作時(shí)，輸入和輸出之間需要保持一個(gè)最小的電壓差，這個(gè)電壓差稱為壓降（Dropout Voltage）。
以MOS型的線性穩(wěn)壓器為例，壓降由內(nèi)部P-MOS的導(dǎo)通電阻Ron和電流決定：
VDROP=RON*IOUT
靜態(tài)功耗（對(duì)地電流）
輸入端的電流有一部分不流向負(fù)載而是流入GND，這個(gè)電流通常稱為對(duì)地電流，是線性穩(wěn)壓器自身的工作耗電。與供給負(fù)載提供的電流相比，這個(gè)電流只是很小的一部分。在高負(fù)載電流時(shí)，消耗在線性穩(wěn)壓器內(nèi)部功率管上的功耗仍是影響工作效率的主要原因。在空載或者小負(fù)載時(shí)，對(duì)地電流是影響效率的主要因素。
耗散功率Pd
Pd=(VIN-VOUT)*IOUT
在評(píng)估LDO的熱損耗時(shí)，也即LDO自身的溫升，可以簡(jiǎn)單的用下面公式計(jì)算：
(VIN－VOUT)×IOUT×RθJA
RθJA 為封裝的熱阻系數(shù)（這個(gè)值越小，散熱性能越好）
耗散功率制約著LDO的輸出電流，封裝尺寸越大，耗散功率也就越大。
LDO應(yīng)用注意事項(xiàng)
大部分LDO都設(shè)計(jì)有溫度保護(hù)功能，當(dāng)PN結(jié)的結(jié)溫過(guò)高，達(dá)到所設(shè)定的溫度值，就會(huì)觸發(fā)熱保護(hù)電路發(fā)出信號(hào)給控制邏輯關(guān)閉芯片輸出。當(dāng)PN結(jié)溫度低于設(shè)定保護(hù)溫度值，芯片會(huì)自動(dòng)重新啟動(dòng)。芯片實(shí)際能提供的最大輸出功率取決于系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì), 包括環(huán)境溫度和冷卻散熱設(shè)計(jì)，比如裝散熱片、風(fēng)冷卻等、增大GND腳的PCB面積也能獲得好的散熱性能。
另外設(shè)計(jì)上需要注意的事項(xiàng)有：
1）大部分LDO內(nèi)部電路使用了相位補(bǔ)償電路、利用輸出電容的ESR來(lái)補(bǔ)償，故輸出腳到GND最好接大于1uF的電容器。
2）輸入腳和輸出腳對(duì)GND所接的電容要盡量將電容分別最靠近LDO的VIN和VOUT腳。
3）注意輸入和輸出電壓與負(fù)載電流的使用條件，使PN結(jié)的結(jié)溫低于過(guò)熱保護(hù)溫度。
PN結(jié)溫的大概估算方式：TPN = (VIN－VOUT)×IOUT×RθJA+T環(huán)境溫度
IOUT即負(fù)載電流；
T環(huán)境溫度即環(huán)境溫度。
潤(rùn)石科技專注于模擬芯片領(lǐng)域，目前已量產(chǎn)的LDO以寬輸入電壓范圍、PSRR高為特色，主要型號(hào)和參數(shù)如下，方便大家對(duì)比選型：
圖2 高壓LDO
圖3 低壓LDO