LDO一.LDO的基本介绍LDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。

传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。

但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。

针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。

LDO是一种线性稳压器。

线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。

所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。

正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。

这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右；与之相比，使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。

负输出LDO使用NPN作为它的传递设备，其运行模式与正输出LDO的PNP设备类似。

更新的发展使用MOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。

使用功率MOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON 电阻造成的。

如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器，包括LDO。

但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DCDC。

LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。

它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。

新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。

LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。

P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力，输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。

由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。

如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。

所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。

虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。

如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，因为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。

DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大.电流、静态电流小。

随著集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。

但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

近几年来，随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。

由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。

例如对于3V的输入电压，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。

其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封装。

另外，如果开关频率提高到1MHz，还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。

有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。

总的来说，升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

二.LDO原理分析根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。

此外，还有一种使用稳压管的小电源。

这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。

而在开关电源中则不一样，开关管是工作在开、关两种状态下的。

简单介绍下分类：NPN稳压管：内部用一个PNP管控制达林顿调整管。

LDO稳压管：调整管是一个PNP管。

Squasi-LDO：调整管是由一个PNP管控制一个NPN管LDO（low drop output）低压差线性稳压器LDO的工作原理是通过反馈调整MOSFET的Vsd压降以使输出电压不变。

输出电压纹波小，电流也较小，用于RF模块或音频模块等对电压要求高的电路。

特点是成本低噪音小。

缺点是效率低，输出电流小，只能用在降压的场合。

必须要注意，为了达到稳定的回路就必须使用负反馈。

下面这是LDO S-1167 Series的基本原理图。

该电路主要是由串联调整管、取样电阻、比较放大器组成。

取样电压加在比较放大器的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。

当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。

相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。

供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和串联调整管回路反应速度的限制。

环路内的负反馈总是强制比较放大器调节输入两端的电压使其相等。

稳压管的另一个重要的指标就是稳定性，在我们的设计线路中常常看到在其输出端会有大大小小的电容，其作用是什么呢？下面具体分析稳压管的反馈及回路稳定性。

前面提到过三中稳压管：1.NPN稳压管例如：LM340 LM317 比较老的3端稳压管2.LDO稳压管例如：S-1167 Series3.准LDO稳压器三种稳压器的最大区别在于压降和接地引脚电流。

很明显NPN和准LDO的稳压管在调整管上稍微复杂点，所以压降也大些。

达林管的增益很高，所以只需要很小的电流就可以驱动，准LDO也是这样，IGND很小。

PNP管的放大系数一般是15-20，LDO的IGND电流能达到负载电流的7%。

NPN稳压管的最大好处就是无条件的稳定（大多数不需要加外接电容），LDO则需要在输出端加上电容，以减少回路带宽及提供些正的相位补偿。

所有的稳压器都使用负反馈回路以保持输出电压的稳定。

但反馈信号在通过回路后都有一定的增益和相位变化。

如果反馈信号相位有180度变化，负反馈就会变成正反馈，造成输出不稳定。

因此反馈信号经过整个回路的相位偏移，需要有至少20度的相位裕度，这样才能保证电路的稳定。

（相位裕度定义为回路总的相位偏移与-180度的差）。

环路的不稳定来自于相位移量，我们可以在反馈回路中通过变压器注入正弦小信号，如下图所示,Loop Gain=Va/Vb,从Vb传入交流小信号，同过回路产生相移到达Va。

这样可以计算回路增益，相位的偏移量。

（此处以LDO分析）。

可以通过网络分析仪来测量回路增益，它通过向网络回路注入低电平的正弦波，然后从直流信号扫描到使增益下降到0dB的频率来测量增益的响应。

下面以一幅波特图具体分析反馈回路的增益及相位变化情况。

概念：极点增益曲线出现-20dB/10倍频变化的点零点在增益与相位上的效果与极点相反。

极点相移=-arctan（f/fp）零点相移=arctan（f/fz）假设直流增益为80dB（10-100Hz处的增益），100到1KHz增益减少了20dB，10K-100KHz 增益减少20dB，100K-1MHz增益减少40dB（斜率有-20dB/10倍频的变化）。

图中可以看出有3个POLE，一个ZERO。

1MHz处的增益是0dB，说明1MHz的小信号在此截止，此回路的带宽就是1MHz。

从这个波特图能看出这个系统稳定么？前面说了系统是否稳定主要看相位移量，而我们只要看在0dB时的相移就可以了（图中是1MHz）。

上图中有3个极点和1个零点，前两个极点产生-180度相移，零点产生90度相移，最后一个极点在40dB到0dB处，斜率为-40dB/10倍频。

根据极点相移公式-arctan（f/fp）=-arctan(10)=-1.47,换算成角度为-84.3度。

所以总的相移为-180+90-84.3=174.2度。

前面说到相位裕度等于｜-180+174.2｜=5.8<20.所以此回路不稳定。

看似上面的分析比较复杂，其实是自动控制理论里面的传输函数和根迹图的概念.简单的说,一个(线形)系统是否稳定(不会产生振荡)取决于它的传输函数的极点分布.(极点的实部必须小于零),而且极点实部负数的绝对值越大,系统越稳定.我们就可以通过增加极点或是零点来调节相位裕度，从而使系统达到稳定。

调节LDO系统的稳定性，最常见的补偿方法是在系统中插入零点来取消相移和极点。

由于LDO 已经就正常运行要求了一个输出电容器,因此使用输出电容器的ESR通常就是最简单也最廉价的生成零点的方法。

等效串联电阻（ESR）是每个电容都具有的几个基本特性。

可以看为电阻和电容的串联等效电路。

输出电容的ESR在回路增益中产生一个零点，用来减少过量的负相移。

增加系统的带宽，使更稳定。

零点处的频值：Fzero = 1/（2πxCoutxESR）假设一个LDO系统在0dB时的截止频率是30kHz。

在其输出端增加输出电容为10uF，输出电容的ESR=1ohm。

则在16kHz处产生零点。

一般的LDO会由负载阻抗、输出容抗等自身产生一些极点。

图中有3个极点（具体由来就不做分析，可由网络分析仪扫描出），但有1个Ppwr在0dB之后的频段，也就是带宽之外，可以不考虑。

从上面两幅波特图的对比看出，第二张图增益曲线，当增加了输出电容后，从80dB到0dB变得更平缓些。

系统的带宽大概从40KHz增加到100KHz左右。

相位裕度也相应的增加。

那么系统对ESR又有什么要求呢？比如此例中设ESR=20ohm，则零点频率会降低到Fzero=800Hz，使系统的带宽增加到2MHz，从整个的波特图我们发现在100K到2MHz之间又多了一个极点Ppwr。

这就意味着系统又有了-90度的相移，零点就失去了其意义。

那么ESR是不是越小越好呢？设ESR=50mohm。

零点频率会降到320kHz。

不用看就知道，系统地稳定性基本没改变，因为系统的带宽就是40KHz，增加的零点频率为320KHz已经超出了带宽。

综上所述，在输出端加入输出电容是为了补偿LDO稳压器的。