浅谈LDO之定义和基本原理

只看该作者 · 2025-4-30 17:45

本帖最后由王小琪于 2025-4-30 17:50 编辑

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一、LDO的定义
LDO 是 “Low Dropout Regulator” 的英文缩写，意为低压差线性稳压器。
“低压差”，指的是输入电压与输出电压之间的差值较小；
“线性” 则表明 MOS 主要工作在线性区，也就是可变电阻区；
“稳压”指当输入电压 VIN 处于正常范围时，输出电压 VOUT 能够稳定维持在我们所需的固定电压值。
最常见的LDO就是AMS1117-3.3，输入电压为1.5-12V，输出电压稳定在3.3V

从上图能够清晰看出，LDO 的使用方式极为简单，仅需在其外围增添几颗电容即可。
二、LDO工作原理简介

上图是LDO内部的部件构成，主要包括基准参考电压源、误差放大器、分压取样电阻，以及调整元件;
基准参考电压源（VREF）
作用：提供一个稳定、精确的电压基准值，作为输出电压的参照标准。LDO 通过控制使输出电压趋近于根据该基准值和反馈网络设定的值。
角色：是整个稳压系统的电压基准，如同衡量输出电压的 “标尺” ，确保输出电压的准确性和稳定性。
误差放大器
作用：将基准参考电压（VREF）与分压取样电阻反馈回来的电压进行比较，放大两者之间的差值（误差信号）。放大后的误差信号用于控制调整元件，以调节输出电压，使其稳定在设定值。
角色：充当 “误差检测与信号放大” 的角色，是稳压控制环路中的关键环节，决定了系统对输出电压变化的响应灵敏度和调节能力。
分压取样电阻（R0、R1，构成反馈网络）
作用：对输出电压 VOUT 进行分压，将分压后的电压反馈到误差放大器的输入端，与基准参考电压 VREF 进行比较。通过改变 R0 和 R1 的阻值比例，可以设定不同的输出电压值，满足不同的应用需求。
角色：作为反馈网络的核心部分，是输出电压与误差放大器之间的 “桥梁”，将输出电压的变化信息传递给误差放大器，从而实现闭环稳压控制。
调整元件（Q0，图中为场效应管）
作用：根据误差放大器输出的信号，调整自身的导通程度，进而改变其两端的电压降。通过这种方式，调整元件可以调节输出电压 VOUT，使其稳定在由 VREF 和分压电阻设定的值。
角色：是 LDO 实现电压调整的 “执行元件” ，如同一个可变电阻，根据控制信号实时调整自身状态，以维持输出电压稳定。
其他元件
防反接二极管 D：通常起到保护作用，防止输出电压反向，避免调整元件等电路部分因反向电压而损坏。
通过运放的基本特征，可以很快速的计算出Vout=Vref*（1+R0/R1）
LDO的反馈调整稳压过程如下：当输出电压Vout因负载功耗变化而降低时，分压取样电阻R1所分得的电压Vr1减小，导致放大器正相端电压V+减小,V+与基准参考电压Vref的差值变小，放大器的输出随之减小，进而使得 G 极电压Vg减小，G 极与 S 极的电压差Vgs也减小，即压差绝对值|Vgs|增大），电流Isd增大，Vout随之升高。以上是一次反馈调整过程，经过不断调整，最终使Vout稳定在设定值。
简化过程为：Vout减小，Vr1减小，V+减小，Vg减小，|Vgs|增大，Isd增大，Vout增大