LDO，英文全名是Low Dropout Regulaor，顧名思義就是低壓差線性穩壓器，屬于線性電源。為線性的穩壓器，僅能使用在降壓應用中，也就是輸出電壓必需小于輸入電壓。

LDO=low dropout regulator，低壓差+線性+穩壓器。

“低壓差”：輸出壓降比較低，例如輸入3.3V，輸出可以達到3.2V。

“線性”：LDO內部的MOS管工作于線性電阻。

“穩壓器”：說明了LDO的用途是用來給電源穩壓。

我們從上面的拓撲圖可以看出，LDO內部主要是基準參考電壓、誤差放大器、分壓取樣電路和MOS管調整電路。

LDO內部基本都是由4大部件構成，分別是分壓取樣電路、基準電壓、誤差放大電路和晶體管調整電路。

分壓取樣電路---通過電阻R1和R2對輸出電壓進行采集，誤差放大電路---將采集的電壓輸入到比較器反向輸入端，與正向輸入端的基準電壓（也就是期望輸出的電壓）進行比較，再將比較結果進行放大，晶體管調整電路---把這個放大后的信號輸出到晶體管的控制極（也就是PMOS管的柵極或者PNP型三極管的基極），從而這個放大后的信號（電流）就可以控制晶體管的導通電壓了，這就是一個負反饋調節回路。晶體管輸出電壓就是輸入電壓減去導通電壓，因此控制了導通電壓就相當于控制了LDO的輸出電壓了。當輸出電壓與基準電壓相差較大的時候，比較器輸出信號變強，從而晶體管壓降變小，輸出電壓變小，從而基準電壓與輸出電壓變得更加接近。

LDO的基本原理

低壓差線性穩壓器(LDO)的基本電路如下圖所示，該電路由串聯調整管VT（PNP晶體管，注：實際應用中，此處常用的是P溝道場效應管）、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

低壓差線性穩壓器基本電路

取樣電壓Uin加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref（Uout*R2/（R1+R2））相比較，兩者的差值經放大器A放大后. Uout=(U+ - U-)*A 注A為比較放大器的倍數，）控制串聯調整管的壓降，從而穩定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時，基準電壓Uref與取樣電壓Uin的差值增加，比較放大器輸出的驅動電流增加，串聯調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過中，輸出電壓校正連續進行，調整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。

應當說明，實際的線性穩壓器還應當具有許多其它的功能，比如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等，而且串聯調整管也可以采用MOSFET。

LDO的典型應用

低壓差線性穩壓器的典型應用如下圖所示。下圖所示電路是一種最常見的AC/DC電源，交流電源電壓經變壓器后，變換成所需要的電壓，該電壓經整流后變為直流電壓。在該電路中，低壓差線性穩壓器的作用是：在交流電源電壓或負載變化時穩定輸出電壓，抑制紋波電壓，消除電源產生的交流噪聲。

各種蓄電池的工作電壓都在一定范圍內變化。為了保證蓄電池組輸出恒定電壓，通常都應當在電池組輸出端接入低壓差線性穩壓器，如下圖所示。低壓差線性穩壓器的功率較低，因此可以延長蓄電池的使用壽命。同時，由于低壓差線性穩壓器的輸出電壓與輸入電壓接近，因此在蓄電池接近放電完畢時，仍可保證輸出電壓穩定。

眾所周知，開關性穩壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時，將產生較大的影響。在開關性穩壓器輸出端接入低壓差線性穩壓器，如下圖所示，就可以實現有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩壓精度，同時電源系統的效率也不會明顯降低。

在某些應用中，比如無線電通信設備通常只有一足電池供電，但各部分電路常常采用互相隔離的不同電壓，因此必須由多只穩壓器供電。為了節省共電池的電量，通常設備不工作時，都希望低壓差線性穩壓器工作于睡眠狀態。為此，要求線性穩壓器具有使能控制端。有單組蓄電池供電的多路輸出且具有通斷控制功能的供電系統如下圖所示。

輸出電壓計算方式在上面是有的，但是注意是換成了下面的電阻R2除以上面的電阻R1，正好和上面的DCDC典型電路相反，請注意兩者的區別。

注：LDO和DCDC的反饋電阻取值不同，請注意DCDC反饋電阻取值一般是 KΩ 級別，但是LDO的反饋電阻一般是 百Ω 級別，因為LDO對于反饋引腳電流有要求。

LDO工作原理

首先分壓取樣電路兩個電阻分壓對輸出電壓進行采集，誤差放大電路將采集的電壓輸入到比較器反向輸入端，與正向輸入端的基準電壓（也就是期望輸出的電壓）進行比較，再將比較結果進行放大。

MOS管調整電路把這個放大后的信號輸出到MOS管的柵極，從而這個放大后的信號（電流）就可以控制MOS管的導通電壓了，這就是一個負反饋調節回路。

MOS管輸出電壓就是輸入電壓減去導通電壓，因此控制了導通電壓就相當于控制了LDO的輸出電壓了。

當輸出電壓與基準電壓相差較大的時候，比較器輸出信號變強，從而MOS管壓降變小，輸出電壓變小，從而基準電壓與輸出電壓變得更加接近。

從LDO工作原理我們可以得知，LDO只能降壓。

舉例

通過對于LDO的進一步了解，我們知道LDO一般應用于輸入輸出壓差小，輸出電流小的應用場景，這樣才能發揮LDO的優勢，同時使用時還要重點注意壓降、耗散功率等參數，保證電路可以按預期正常工作。

上圖中的LDO芯片，內部為一個P-MOS+一個運放+2個電阻

因此上圖LDO核心架構：P-MOS+運放，通過芯片內部已經設置好的電阻來達到調節P-MOS的輸出，而得到該芯片的輸出電壓。

上圖中的LDO工作原理就一句話：通過運放調節P-MOS的輸出。

LDO的特點

1.外圍電路簡單，價格便宜

LDO在使用的時候，非常方便，除了輸入、輸出端加上濾波電容，不需要其他外圍器件，而一般的DCDC模塊在使用時要電感、電容、二極管等外圍器件組合，且布局也需要特別講究，否則使用效果不盡人意。

LDO芯片一般都比較便宜，且不需要很多外圍器件，非常適合低成本方案。

2.效率較低

使用LDO時，需注意輸入電壓與輸出電壓差不能太大，否則效率會非常低。LDO效率η=（Vin-Vout）/Vin，比如輸入電壓Vin為24V，輸出電壓Vout3.3V，計算得出效率η=13.75%，效率很低。所以使用LDO時，盡量控制輸入輸出電壓差。

3.噪聲低、紋波小

因為其原理為線性調節方式，所以不會產生開關噪聲，同時電路紋波也很小。

LDO的主要參數

1．輸出電壓(Output Voltage)

輸出電壓是低壓差線性穩壓器最重要的參數，也是電子設備設計者選用穩壓器時首先應考慮的參數。低壓差線性穩壓器有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經過廠家精密調整的，所以穩壓器精度很高。但是其設定的輸出電壓數值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應用要求，但是外接元件數值的變化將影響穩定精度。

2．最大輸出電流(Maximum Output Current)

用電設備的功率不同，要求穩壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩壓器組成的供電系統中，應根據各部分所需的電流值選擇適當的穩壓器。

3．輸入輸出電壓差(Dropout Voltage)

輸入輸出電壓差是低壓差線性穩壓器最重要的參數。在保證輸出電壓穩定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩定在5.0V。

4．接地電流(Ground Pin Current)

接地電路IGND是指串聯調整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態電流，但是采用PNP晶體管作串聯調整管元件時，這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩壓器的接地電流很小。

5．負載調整率(Load Regulation)

負載調整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負載調整率越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強。

6．線性調整率(Line Regulation)

線性調整率可以通過圖2-2和式2-2來定義，LDO的線性調整率越小，輸入電壓變化對輸出電壓影響越小，LDO的性能越好。

7．電源抑制比(PSSR)

LDO的輸入源往往許多干擾信號存在。PSRR反映了LDO對于這些干擾信號的抑制能力。

LDO選型需考慮的因素

1.壓降（Dropout Voltage）

我們在選型LDO時，除了考慮輸入輸出電壓的范圍，還要考慮LDO本身存在壓降，這個是由LDO本身結構（MOS管存在導通電阻）導致，這個參數我們很多設計人員都會忽略，最后就會導致電路工作不正常。比如我們常用的AMS1117-3.3，這個LDO最高可以輸入15V，輸出3.3V，假設我們的輸入電壓為4.2V，乍一看輸入電壓在手冊規定范圍內，同時也高于輸出，應該是可以使用的。但是實際使用時，卻發現輸出電壓沒有3.3V，大概在2.7V-2.9V左右，這就是設計時忽略的LDO本身存在的壓降。

從上圖我們看可以知道AMS1117的壓降一般1.1V，最大1.3V，因為壓降還和電流、溫度有關系，所以推薦輸 入電壓-輸出電壓≥1.5V，才可以保證電路穩定。

2.最大耗散功率（Power Dissipation）

LDO的耗散功率P=（Vin-Vout）*Iout，假設輸入電壓Vin24V，輸出電壓Vout3.3V，輸出電流Iout30mA，那LDO的耗散功率P=0.651W，這個功耗全部是通過熱量損耗了，所以不推薦LDO用于輸入輸出壓差過大，大輸出電流的場景。

如果實在需要使用的話，我們就要考慮LDO芯片能承受多大的功耗了，我們以HT7333-3為例，下圖為其不同封裝的最大耗散功率，這個最大耗散功率就是這個芯片能承受最大的熱功耗，超過就會燒壞。

我們以上面舉例的場景下使用HT7333-3的話，那我們就只能選用最下面的8SOP-EP封裝了，同時注意電路散熱，這樣才不至于燒壞LDO芯片。

3.輸入電壓范圍：穩壓器輸入端可以輸入的電壓范圍。

4.輸出電壓：穩壓器輸出端的輸出電壓值。

5.最大輸出電流：穩壓器輸出端的最大輸出電流值。

6.線性調整率：穩壓器輸入變化對輸出的影響，即在負載一定的情況下，輸出電壓變化量和輸入電壓變化量之比。線性調整率越小越好。

7.負載調整率：是指在給定負載變化下的輸出電壓的變化，這里的負載變化通常是從無負載到滿負載。負載調整率越小越好。

8.電源紋波抑制比(PSRR)：表示穩壓器抑制由輸入電壓造成的輸出電壓波動的能力。線性調整率只有在直流電時才需要考慮，但是電源抑制比必須在寬頻率范圍上考慮。PSRR是一個用來描述輸出信號受電源影響的參量，PSRR越大，輸出信號受到電源的影響越小。

9.瞬態響應：表示負載電流突變時引起的輸出電壓的最大變化，它是輸出電容及其等效串聯電阻和旁路電容的函數。其中輸出電容的作用是提高負載瞬態響應的能力，也起到了高頻旁路的作用。

10.靜態電流：又叫接地電流，是通路元件的偏流和驅動電流的組合，通常保持盡可能低的水平。靜態電流越大，穩壓器的效率越低。

DC/DC和LDO的區別是什么？

DC/DC簡介

DC/DC 轉換器一般由控制芯片，電桿線圈，二極管，三極管，電容構成。DC/DC轉換器為轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉換器。DC/DC轉換器分為三類：升壓型DC/DC轉換器、降壓型DC/DC轉換器以及升降壓型DC/DC轉換器。根據需求可采用三類控制。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長時間使用，尤其小負載時具有耗電小的優點。PWM/PFM轉換型小負載時實行PFM控制，且在重負載時自動轉換到PWM控制。目前DC/DC轉換器廣泛應用于手機、MP3、數碼相機、便攜式媒體播放器等產品中。?

由于一般的LDO封裝都比DC/DC小的多，并且成本也低得多，因此在很多產所中，我們會使用到LDO來轉換我們所需要的電壓，當然在選擇使用LDO的前提下，是需要滿足對噪聲的反應和耗電等基本要求的。

兩者如何選用

1、輸入電壓和輸出電壓范圍。如果輸入輸出電壓差值很大，此時就應該選擇DCDC，效率高損耗低；如果選擇LDO器件，隨著輸入輸出壓差的增加，器件的效率一直下降，由此帶來的問題就是高發熱量；

2、看預算。相同輸入輸出電壓的LDO可選擇時，確認研發以及生產的成本，成本如果可行的話，用便宜的，顯然LDO是不錯的選擇；首先單芯片的價格，DCDC貴，外加濾波電容、儲能電感、續流二極管，這些東西可是不便宜的；

3、空間。PCB是項目最終需要拿出來的實物，所有的直插式、表貼式元件都是安裝在PCB板上的，如果空間足夠，看其他要求，有空間問題，LDO占用空間小于DCDC；

4、看負載規格。像CPU、GPU、內核電壓這種，需要很大的工作電流，此時LDO已經不滿足條件了，因為前面說了，負載越大，損耗越多，這是兩者的工作原理決定的；

5、看負載要求。對于LDO來說，紋波小，穩定；對于DCDC來講，紋波大；所以想WiFi、藍牙、GPS等工作需要很小的紋波時，DCDC就派不上用處了，因為電源波動太大，超過IO口電壓容忍值，會導致后級負載對高低電平的判斷失誤；

6、看輸出電壓規格。如果在一個應用中，需要輸出多路電源，電源值高于VCC和低于VCC，此時就需要DCDC了，應為DCDC可以利用電感升壓，利用電感降壓，可以同時滿足需求；

7、看應用環境。電子電路工作的環境不一致，會導致芯片的表現差異巨大，壽命也會大大縮短，比如濕度、溫度等，而產品種類不一致，器件廠商不一致，則產品的使用環境是不一致的，這個需要看需求看電源手冊決定。

LDO分類：PMOS與NMOS

常見的LDO是由P管構成的，由于LDO效率比較低，因此一般不會走大電流。針對某些大電流低壓差需求的場合，NMOS LDO應運而生。下圖是PMOS和NMOS LDO的系統框圖對比。

此圖為PMOS

此圖為NMOS

下面是一個PMOS LDO最基本結構框圖。我們可以看到LDO主要由PMOS、運放、反饋電阻和基準參考電壓構成。LDO主要工作流程是將輸出電壓通過分壓電阻分壓，Va和基準參考電壓做比較，通過運放輸出Vg來調節輸出，反饋回路已用紅色軌跡標識出。

下圖是一個NMOS LDO的基本框圖，NMOS LDO一般也工作在飽和區（特殊時會在可變電阻區），所以Vg要大于Vs，因此NMOS LDO除了有Vin引腳，一般還會有個Vbias引腳來給MOS G極提供高壓驅動源；或者只有一個Vin，而內部集成了CHARGE BUMP來為G極提供高壓驅動源。大體工作流程同PMOS LDO：當Vout下降時，反饋回路中的Vfb也會下降，誤差放大器輸出端Vg就會增加，隨著Vg增加，Ids電流也增加，最終使得Vout又恢復到指定電平，狀態如下：

Vout↓——>Vfb↓——>Vg↑——Iout↑——>Vout↑

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審核編輯：湯梓紅