了解低

如今，电子设备的尺寸比以往任何时候都缩小。这使我们能够在紧凑型便携式设备（如智能手表，健身追踪器和其他可穿戴设备）中融入功能，还有助于我们部署远程物联网设备以进行牛监控，资产跟踪等。所有这些便携式设备中的一件事它们是电池供电的。而且，当设备使用电池供电时，对于设计工程师来说，选择能够节省设计中每毫伏电压的组件以利用可用的电池汁使设备运行更长的时间非常重要。一旦这样的组件是低压降稳压器（LDO）。在本文中，我们将了解有关LDO的更多信息，以及如何为您的电路设计选择合适的LDO。

什么是电子调节器？

调节器是对某物进行调节的设备或设计良好的机制，此处的某物通常是指电流的电压。有两种类型的调节器主要用于电子，第一个是开关调节器，第二个是线性调节器。它们都有不同的工作体系结构和子系统，但是在本文中我们将不讨论它们。但简单来说，如果稳压器正在控制输出电流，则称其为电流调节器。通过相同的方面，电压调节器用于控制电压。

LDO和线性稳压器之间的区别

线性稳压器是用于电源调节的最常见设备，我们大多数人会熟悉诸如7805，LM317之类的设备。但是，在电池供电的应用中使用线性稳压器的不利之处在于，这里始终需要线性稳压器的输入电压高于稳压输出电压。意思是，输入电压和输出电压之间的差异很大。因此，当要求将调节后的输出电压设为输入电压的接近值时，标准线性稳压器会有一些限制。

LDO的工作

LDO是线性稳压器王朝的一部分。但是，与普通的线性稳压器不同，在LDO中，输入电压和输出电压之间的差异较小。这种差异称为压差。由于LDO的低压差很低，因此称为低压差稳压器。您可以认为LDO是与负载串联在一起的线性电阻，可将电压降低至所需水平。具有LDO的优势在于，其两端的电压降将远小于电阻器。

由于LDO在输入和输出之间提供低压差电压，因此即使输入电压相对接近输出电压，它也可以工作。LDO两端的压降最大介于300mV至1.5V之间。在某些LDO中，电压差甚至小于300mV。

上图显示了设计闭环系统的简单LDO结构。参考电压由输入电压产生，并馈入差分放大器。输出电压由分压器检测，然后再次馈入差分放大器的输入引脚。根据这两个值，即参考电压的输出和分压器的输出，放大器产生输出。该输出控制可变电阻器。因此，这两个值中的任何一个都可能改变放大器的输出。在此，需要稳定基准电压以准确地感应另一个。当基准电压稳定时，输出电压的微小变化会通过电阻分压器反映在差分放大器的输入上。然后，放大器控制可变电阻器以提供稳定的输出。另一方面，基准电压源不依赖于输入电压，而是在差分放大器上提供稳定的基准电压，从而不受瞬态变化的影响，并且使输出电压独立于输入电压。在实际结构中，此处所示的可变电阻器通常将由高效的MOSFET或JFET代替。由于电流和热量的额外需求导致效率低下，因此LDO不使用双极型晶体管。

选择LDO时要考虑的参数

基本特征

由于它是确保正确向负载输送功率的必不可少的设备，因此第一个关键功能是负载调节和稳定的输出。在负载电流变化期间，正确的负载调节至关重要。当负载增加或减少时，消耗的电流来自稳压器的输出电压不应波动。输出电压的波动是在每安培电流的mV范围内测量的，称为精度。LDO的输出电压精度范围为5mV至50mV，仅占输出电压的百分之几。

安全防护功能

LDO通过确保跨输出的正确电源传输来提供基本的安全功能。使用跨输入和输出的保护电路来容纳安全功能。保护电路包括欠压保护（UVLO），过压保护（OVLO），电涌保护，输出短路保护和热保护。

在某些情况下，提供给调节器的输入电压可能会显着降低或增至高值。这会导致LDO的电压和电流输出不当，从而损坏我们的负载。如果LDO两端的输入电压超出限制，则会触发UVLO和OVLO保护以保护LDO和负载。可以使用简单的分压器设置UVLO的下限值和最大输入电压限值。

电涌保护电路可防止LDO受到瞬态和高压电涌或尖峰的影响。它也是不同LDO提供的附加功能。输出短路保护是过电流保护的一种形式。如果负载短路，则LDO的短路保护功能会将负载与输入电源断开。LDO加热时，热保护起作用。在加热操作期间，热保护电路使LDO停止工作，以防止对其进一步损坏。

附加功能

LDO可以具有两个附加的逻辑电平控制引脚，以与微控制器输入进行通信。使能引脚通常称为EN，这是LDO的输入引脚。简单的微控制器可以更改LDO的EN引脚的状态以启用或禁用电源输出。当出于应用目的需要打开或关闭负载时，这是一个方便的功能。

电源正常引脚是LDO的输出引脚。该引脚还可以与微控制器单元连接，以根据电源条件提供逻辑低电平或高电平。基于电源良好引脚的状态，微控制器单元可以获取有关LDO上电源状态的信息。

LDO的局限性

尽管LDO在低压差电压下可提供适当的输出，但它仍有一些局限性。 LDO的主要限制是效率。的确，就功耗和效率而言，LDO优于标准线性稳压器，但对于以效率为主要关注点的便携式电池相关操作，LDO仍然是一个糟糕的选择。如果输入电压明显高于输出电压，效率甚至会变差。当压降较高时，散热会增加。多余的废能会转化为热量并需要散热片，从而导致PCB面积增加以及部件成本增加。为了获得更高的效率，开关稳压器仍然是线性稳压器尤其是LDO的最佳选择。

我应该在下一个设计中使用LDO吗？

由于LDO提供非常低的压差电压，因此仅当所需的输出电压非常接近可用输入电压时才选择LDO是一个很好的选择。以下问题可以帮助您确定电路设计是否确实需要LDO

所需的输出电压是否接近可用的输入电压？如果是，那要多少钱？如果输入电压和输出电压之间的差小于300mV，则最好使用LDO
所需应用是否接受50-60％的效率？
需要低噪声电源吗？
如果成本是一个问题，并且零件数量少且简单，则需要节省空间的解决方案。
增加开关电路是否太昂贵和笨重？

如果您对以上所有问题的回答都是“是”，那么LDO可能是一个不错的选择。但是，LDO的规格是什么？好吧，这取决于以下参数。

输出电压。
最小和最大输入电压。
输出电流。
LDO的软件包。
成本和可用性。
是否需要“启用和禁用”选项。
应用程序所需的其他保护选项。例如过电流保护，UVLO和OVLO等。

市场上流行的LDO

每个像德州仪器（TI），凌力尔特（Linear Technology）等单个功率IC制造商也都有一些LDO解决方案。德州仪器（TI）根据不同的设计需求提供了各种各样的LDO，下表显示了其LDO的丰富集合以及各种输出电流和输入电压。

同样，来自Analog Devices的Linear Technology也具有一些高性能低压降稳压器。

LDO –示例设计

让我们考虑一个实际案例，其中LDO是强制性的。假设需要一种低成本，简单且节省空间的解决方案，以将3.7V锂电池输出转换为具有短限流和热保护功能的稳定3.3V 500mA电源。电源解决方案需要与微控制器连接以启用或禁用某些负载，效率可以达到50-60％。由于我们需要一个简单且低成本的解决方案，因此可以排除开关稳压器的设计。

锂电池在充满电时可提供4.2V，在完全没电时可提供3.2V。因此，通过微控制器单元检测LDO的输入电压，可以控制LDO在低压情况下断开负载。

总而言之，我们需要3.3V输出电压，500mA电流，使能引脚选项，较少的器件数量，大约300-400mV的压差要求，输出短路保护以及热关断功能，对于这种应用，我个人选择的LDO是MCP1825 -由芯片提供的3.3V固定稳压器。

完整的功能列表可以在下图中看到，取自数据表-

以下是MCP1825的电路图以及引脚排列。数据表中也提供了原理图，因此，只需简单地连接几个外部组件（如电阻器和电容器），我们就可以轻松地使用LDO来以最小的电压dorp来调节所需的电压。

LDO-PCB设计指南

消除LDO并对其进行测试以使其适合您的设计后，就可以继续为电路设计PCB。以下是为LDO组件设计PCB时应记住的一些技巧。

如果使用SMD封装，由于LDO会散发热量，因此必须在PCB中提供适当的铜面积。
铜的厚度是无故障运行的主要因素。2盎司（70微米）的铜厚度将是一个不错的选择。
C1和C2需要尽可能靠近MCP1825。
对于与噪声相关的问题，需要厚的接地层。
使用过孔在双面PCB中进行适当的散热。