LDO在開關(guān)電源中的應(yīng)用

LDO簡介

　　LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，它通常具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比PSRR（PowerSupplyRejectionRatio）。

　　LDO低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)如圖（2）主要包括啟動(dòng)電路、恒流源偏置單元、使能電路、調(diào)整元件、基準(zhǔn)源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和保護(hù)電路等。基本工作原理是這樣的：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時(shí)，電路開始啟動(dòng)，恒流源電路給整個(gè)電路提供偏置，基準(zhǔn)源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當(dāng)輸出即將達(dá)到規(guī)定值時(shí)，由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準(zhǔn)電壓值，此時(shí)誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差小信號進(jìn)行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負(fù)反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個(gè)閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：Vout=（R1+R2）／R2 ×Vref

　　實(shí)際的低壓差線性穩(wěn)壓器還具有如負(fù)載短路保護(hù)、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護(hù)等其它的功能。

　　LDO應(yīng)用于開關(guān)電源

　　目前大多IC設(shè)計(jì)產(chǎn)商生產(chǎn)的低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）典型封裝都是SOT23-5和SOT23-3，如圣邦微電子的SGM2007，SGM2013。如圖（3）為SGM2007的典型應(yīng)用電路圖。

　　目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的開關(guān)頻率100kHz，用MOS-FET制成的開關(guān)頻率500kHz電源。開關(guān)電源的突出缺點(diǎn)是產(chǎn)生較強(qiáng)的EMI。EMI信號既具有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會(huì)污染電磁環(huán)境，對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。如果處理不當(dāng)，開關(guān)電源本身就會(huì)變成一個(gè)干擾源。當(dāng)用開關(guān)電源做為LDO的輸入VIN時(shí)要注意LDO電源抑制比和功耗。

　　電源抑制比PSRR（Power supply ripple rejectionratio）是反應(yīng)LDO輸出對輸入紋波抑制能力的一個(gè)交流參數(shù)，一般輸出和輸入的頻率是一樣的，PSRR的值越大說明LDO的紋波能力越強(qiáng)，也就是說輸入對輸出的影響很小。盡管LDO的電源抑制比很強(qiáng)，但都是在一定頻率內(nèi)的抑制很強(qiáng)，一般的在50KHz到200kHz的電源抑制比還是很差的如圖（4）為SGM2007的PSRR和頻率曲線，而這段頻率正是大多數(shù)開關(guān)電源的工作頻率，如果LDO的負(fù)載和輸入輸出電容匹配不好，很容易引起LDO振蕩。而造成整個(gè)LDO供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

　　目前市場上出售的開關(guān)電源大多數(shù)都是固定電壓輸出的，一般常用都是5V輸出的，而一般的LDO應(yīng)用最多的是3.3V輸出的，在開關(guān)電源的輸出做為LDO的輸入時(shí)，就存在一個(gè)很大的壓差，為1.7V。如果LDO電流很大的話如200mA，那么芯片的溫度就會(huì)很高，功耗很大，長時(shí)間工作在高溫的情況下，會(huì)影響芯片的工作壽命。

　　低壓差線性穩(wěn)壓器功耗主要是輸入電壓，輸出電壓以及輸出電流的函數(shù)。下列方程式可用來計(jì)算最惡劣情況下的功耗：

　　PD=（VINMAX-VOUTMIN）ILMAX。其中：PD=最惡劣情況下的實(shí)際功耗，VINMAX=VIN腳上的最大電壓，VOUTMIN=穩(wěn)壓器輸出的最小電壓，ILMAX=最大（負(fù)載）輸出電流。

　　最大允許功耗（PDMAX）是最大環(huán)境溫度（*AX），最大允許結(jié)溫（TJMAX）（+125℃）和結(jié)點(diǎn)到空氣間熱阻（θJA）的函數(shù)。對于安裝在典型雙層FR4電解銅鍍層PCB板上的5引腳SOT-23封裝器件，其（θJA）約為250℃／Watt。

　　PDMAX=（*AX-TJMAX）/θJA

　　VINMAX=3.0V+10％，VOUTMIN=2.7V-2.5％，ILOADMAX=40mA，TJMAX=+125℃，*AX=+55℃

　　實(shí)際功耗PD=26.7mW，最大允許功耗：PDMAX=280mW

　　當(dāng)開關(guān)電源做為低壓差線性穩(wěn)壓器輸入時(shí)，一定要注意開關(guān)電源的紋波，開關(guān)頻率對LDO的影響，及LDO負(fù)載電容的匹配，不要超過他的最大功耗，以影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。