LDO電路基本工作原理，查case加分項(xiàng)

什么是LDO電路:

英文全稱叫Low Dropout Linear Regulator，中文名叫低壓差線性穩(wěn)壓器。是一種在輸入電壓與輸出電壓壓差很小的條件下能正常工作的穩(wěn)壓器。這是相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來說的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如78XX系列的芯片都要求輸入電壓要比輸出電壓至少高出2V~3V，否則就不能正常工作。但是在一些情況下，這樣的條件顯然是太苛刻了，如5V轉(zhuǎn)3.3V，輸入與輸出之間的壓差只有1.7v，顯然這是不滿足傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的工作條件的。針對(duì)這種情況，芯片制造商們才研發(fā)出了LDO類的電壓轉(zhuǎn)換芯片。

LDO 是一種能把不穩(wěn)定的輸入電壓變成穩(wěn)定的輸出電壓的器件，就好像一個(gè)精準(zhǔn)的 “電壓調(diào)控員”。想象一下，你有一個(gè)電源，它輸出的電壓可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因（比如電池電量變化、用電設(shè)備增多等）而不太穩(wěn)定，有時(shí)高一點(diǎn)，有時(shí)低一點(diǎn)。而你有一些電子設(shè)備，比如手機(jī)、電腦里的一些芯片，它們需要一個(gè)非常穩(wěn)定的電壓才能正常工作，電壓高了或者低了都可能讓這些設(shè)備出問題，比如運(yùn)行速度變慢、屏幕閃爍，甚至直接死機(jī)。

這時(shí)候，LDO 就發(fā)揮作用了。它就像一個(gè)聰明的 “管家”，會(huì)把不穩(wěn)定的輸入電壓進(jìn)行調(diào)整，不管輸入電壓怎么變化，它都能想辦法讓輸出的電壓保持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值上，給電子設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定的 “電力供應(yīng)”，讓它們可以安心地工作，不會(huì)因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定而出現(xiàn)各種故障。而且它特別厲害的地方在于，即使輸入電壓和它要輸出的穩(wěn)定電壓之間的差距很小，它z能很好地完成穩(wěn)壓工作，這就是它 “低壓差” 的特點(diǎn)。

LDO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程:

LDO=low dropout regulator，低壓差+線性+穩(wěn)壓器。

低壓差：輸出壓降比較低，例如輸入3.3V，輸出可以達(dá)到3.2V。

線性：LDO內(nèi)部的MOS管工作于線性電阻。

穩(wěn)壓器：說明了LDO的用途是用來給電源穩(wěn)壓。

以PMOS LDO為例：

LDO的內(nèi)部通常由四個(gè)主要部件構(gòu)成：分壓取樣電路、基準(zhǔn)電壓、誤差放大電路和晶體管調(diào)整電路。

分壓取樣電路：?通過電阻R1和R2對(duì)輸出電壓進(jìn)行采集；

基準(zhǔn)電壓：?通過bandgap（帶隙電壓基準(zhǔn)）產(chǎn)生的，目的是為了溫度變化對(duì)基準(zhǔn)的影響??；

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(zhǔn)電壓（也就是期望輸出的電壓）進(jìn)行比較，再將比較結(jié)果進(jìn)行放大；

晶體管調(diào)整電路：?把這個(gè)放大后的信號(hào)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(gè)放大后的信號(hào)（電流）就可以控制晶體管的導(dǎo)通電壓了，這就是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路。

接下來具體講講LDO工作原理：

輸出電壓下降

? 首先，輸出電壓(Vout)就好比是供水系統(tǒng)最終提供給用戶的水壓。當(dāng)因?yàn)橐恍┰颍ū热缬懈嗟乃堫^被打開，也就是負(fù)載變化，或者其他一些問題）導(dǎo)致輸出電壓(Vout)下降時(shí)，就好像是水壓變小了。

? 電路中的兩個(gè)串聯(lián)分壓電阻呢，就像是兩個(gè)連著的 “小水管”，它們會(huì)把輸出電壓 “分” 一部分出來。當(dāng)輸出電壓(Vout)下降時(shí)，這兩個(gè) “小水管” 兩端的電壓也會(huì)跟著下降，也就是 A 點(diǎn)的電壓下降了。

與基準(zhǔn)電壓比較

? A 點(diǎn)的電壓就像是一個(gè) “監(jiān)測(cè)點(diǎn)” 的水壓，它會(huì)和一個(gè)固定的 “標(biāo)準(zhǔn)水壓”，也就是基準(zhǔn)電壓(VREF)進(jìn)行比較。這個(gè)基準(zhǔn)電壓(VREF)是一個(gè)很穩(wěn)定的電壓，就像供水系統(tǒng)里有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)水壓值。

? 當(dāng) A 點(diǎn)電壓下降后，和基準(zhǔn)電壓(VREF)一比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有了差距。這時(shí)候，誤差放大器就像是一個(gè) “控制器”，它會(huì)根據(jù)這個(gè)差距來調(diào)整輸出。因?yàn)?A 點(diǎn)電壓下降了，所以誤差放大器就會(huì)減小它的輸出。

PMOS 管調(diào)節(jié)

? 誤差放大器的輸出連接著 PMOS 管的 G 極（可以把它想象成一個(gè)控制閥門）。當(dāng)誤差放大器減小輸出時(shí)，PMOS 管 G 極的電壓就會(huì)下降。

? PMOS 管的 S 極電壓(VS)是不變的，就像供水系統(tǒng)中某一段水管的壓力是固定的。而 G 極電壓下降后，G 極和 S 極之間的電壓差(vert VGS)就會(huì)增加，這就好比是控制閥門的開合程度發(fā)生了變化。

? 這個(gè)電壓差的變化會(huì)使得 PMOS 管的電流(ISD)增加，就像打開了更多的水管通道，讓水流變大了。而這個(gè)電流(ISD)就是輸出電流(Iout)的一部分，所以輸出電流(Iout)就增加了。

輸出電壓回升

? 輸出電流(Iout)增加后，就會(huì)讓輸出電壓(Vout)上升，就像往供水系統(tǒng)里增加了水流，水壓就會(huì)回升一樣。

? 這樣就完成了一次反饋控制，讓輸出電壓(Vout)又回到了正常的電位，就像供水系統(tǒng)的水壓又回到了正常狀態(tài)一樣。整個(gè)過程就是通過不斷地監(jiān)測(cè)、比較和調(diào)整，來保持輸出電壓的穩(wěn)定。

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