LDO，是Low Dropout Regulator的缩写，即：低压差稳压器，是以其输入、输出压差低为特点，针对常规三端稳压器而言的。输入输出压差只有常见的三端稳压器的一半，甚至更小，这是由其结构的不同而带来的优点。其结构及性能比较见表1。

表1  三端稳压器与LDO、ULDO的结构差别及性能比较表

以BCD的产品为例，按照LDO的Vdrop来分：

1V≤Vdrop≤1.5V，Bi-Polar LDO：双极性工艺的LDO，以AZ1117为代表；

0.1V≤Vdrop≤0.5V，ULDO： Ultra-LDO ，极低压差LDO；

其中，ULDO中，由于工艺的不同而又有两类：

CMOS ULDO：CMOS工艺的LDO，以AP2117和AP2121为代表;

Bi-Polar ULDO：双极性工艺的LDO，以AP2202/AZ39151为代表。

2、LDO的结构和原理

（1）、LDO的结构：

 LDO实际上是一个微型的片上系统，其由流经大电流的调整管（NPN或PNP或PMOS）、电流取样电阻、分压电阻、过流保护、过温保护、精密基准电压源、差分放大器等专用电路集成在一个芯片上而成的。如图1、图2，图3。

图1  BiPolar（双极性）工艺的LDO，输出为达林顿管

    图2  COMS工艺的ULDO，输出为MOSFET结构

图3  Bi-Polar工艺ULDO，输出结构为PNP管结构

（2）、LDO的工作原理：

由于LDO的输出部分有电流取样电阻及分压电阻，当负载变化时，其误差放大器检测到负载电压的变化，再与内部的精密基准电压源比较，通过负反馈环路调整输出电流使其输出电压保持不变。

3、LDO的应用范围

LDO的应用面非常广，只要设计的电路对其电源有如下要求，均能够选用LDO：

（1）、体积小、重量轻、电池供电的手持类设备，如：PDA、便携式DVD；

（2）、电路要求电源有较高的噪音及纹波抑制能力，如：对讲机、无绳电话；

（3）、单一电压输入，多种电压输出的电路，如：DVD、电脑主板；

（4）、不允许使用电感的电路，如手机、蓝牙耳机；

（5）、体积小、空间不足，要求电源自身功耗小的场合，如：DVB、网卡；

（6）、要求电路结构简单，成本低。

此时，选用LDO，既能够满足电路的设计要求，又能够达到很好的性价比。

4、LDO的使用

（1）、由于所有精密的调节电路已经集成在内部，这就使LDO的应用非常简单：只需要一个输入电容和一个输出电容，如图3

  图3  LDO的使用

注意：整个LDO回路的增益及其相移决定了LDO的稳定，因此必须保证此输入电容值必须在合适范围内的数值，否则将引起回路振荡，导致输出电压不稳，纹波变大，不能正常工作。以AZ1117为例，在输入输出电容在10uF以上，LDO回路电压稳定，其输出纹波在20mV以下。

下面是对是否有输入电容的实际测试结果

以BCD产品AZ1117为例：输入5V，输出3.3V，输入电容10uF，输出电容22uF，负载为6.6Ω电阻；CH1为输入交流波形，CH2为输出交流波形，示波器：Tek TDS3012）：

输入电源波形：

输入输出电容均有时的波形：

使用万用表（Fluke 45）测试输入输出电压：Vi=5V；Vo=3.3V

无输入电容时的波形：

使用万用表测试输入输出电压：Vi=4.9V；Vo=3.0V

（2）、两个LDO的级连:

在DVD解码板的应用中，两个LDO的级连使用随处可见，但有时为了降低EMI，而在两者之间加上一个电感，这是可行的，但Vo1的输出电容、Vin2的输入电容不可少，如果没有Vin2的输入电容，那么Vo2的纹波可达到100mV以上。如图4：

图4  LDO的级连使用（一）

下面是用AZ1117为例的实际测试结果（输入5V，负载1为33Ω电阻，输入输出电容如图示数值，负载2为6.6Ω电阻，Ch1为Vo1交流波形，Ch2为Vo2交流波形）：

      正常输入电源波形：

正常输出波形：

使用万用表测试输入输出电压：Vo1=3.3V；Vo2=1.8V

无输入电容C1时的波形：

使用万用表测试输入输出电压：Vo1=2.95V；Vo2=1.8V

无输入电容C2时的波形：

使用万用表测试输入输出电压：Vo1=3.3V；Vo2=1.58V

图5是另一种常见的LDO级连使用，常见问题是没有使用C2，导致Vo2的电压下降，实测仅1.3V，纹波则达到伏级。

C

               图5  LDO的级连使用（二）

下面是以AZ1117为例实际测试的结果（输入5V，负载1为33Ω电阻，输入输出电容如图示数值，负载2为6.6Ω电阻，Ch1为Vo1交流波形，Ch2为Vo2交流波形）：

输入电源波形：

正常的波形：

使用万用表测试输入输出电压：Vo1=3.3V；Vo2=1.8V

无C的波形：

使用万用表测试输入输出电压：Vo1=3.0V；Vo2=1.3V

5、LDO的封装

下面是常见的LDO（含ULDO）的各种封装形式。

6、LDO使用中应注意的重要参数

（1）最大工作电压：表示LDO的输入对地端之间的电压，此电压决定了LDO只能在低于此电压的条件下使用，输入电压超过此值，将使LDO可能损坏；

（2）最大输出电流：表示LDO只能对负载提供小于此数值的电流，过大则LDO出现过流保护，输出电压将降低，负载得不到正常工作电压而停止工作，从而达到保护负载的目的；

（3）IGND值：这是固定输出电压型的LDO接地脚的电流值，该值越小，说明LDO的静态功耗低；

（4）IADJ值：这是可调型的LDO所特有的电压调整端ADJ的电流值。在设计输出电压精度较高时必须考虑这部分电流的影响，以AZ1117为例，IADJ 约60uA, 如果流经电阻值为300的电阻，则可以产生近20mV的压降。此时，在需要精密电源应用时，Vo=VREF * ( 1+R2/R1) + IADJ * R2中的IADJ * R2则不能忽略；

 （5）PSRR：Power Suply Ripple Rejection 电源纹波抑制比，由于输入LDO的电源通常存在许多干扰信号，此值的大小表明了LDO对这些干扰信号的抑制能力，通常LDO可达70dB以上；

（7）最小输入输出电压差Vdrop：此数值确定了LDO能够应用的最低输入电压，即：Vin(min)=Vo+Vdrop，如果实际Vin小于此数值，那么，该LDO就不能正常输出负载所需要的电压，负载也就不能正常工作；

    在一定的负载电流下，该数值越小，说明其性能越好，如：

AZ1117 LDO，在负载500mA时，Vdrop=1.08V，负载1A时，Vdrop=1.15V；

AP2115/7 CMOS LDO在满载300mA时Vdrop=0.3V；

AP2121/2 CMOS LDO在满载150mA时Vdrop=0.17V。

（8）线性调整率V%：LDO空载或小负载时，LDO输出电压变化量与与输入电压化量值的百分比值，由图6所示：

  图中，V0为最低输入电压；

VMAX为最高输入电压；

ΔVo为输出电压的变化量。

     则：

            V%=ΔVo/ΔVin。

图6  线性调整率

此值越小，说明其性能越好

（9）负载调整率V%：LDO在带载工作时，其负载电流变化时LDO输出电压的变化量与标称输出电压值的百分比值，如图7所示： 

图7  负载调整率

图中，VO为负载0.1mA时的输出电压；

Vt为负载最大电流时的输出电压；

ΔV=VO-Vt，为输出电压的变化量。

则:

V%=ΔV/Vt。

此值越小，说明LDO对源自负载的干扰的抑制能力越强。

（8）过温保护点：当芯片的结温达到一定数值时会触发过温保护，输出电压将降低，达到保护芯片和负载的目的。如AZ1117，过温保护点为125℃。关于结温的计算可参照下面的（9）。 

（9）热阻（θJA ）：LDO在工作时自身温度的上升速率，以℃/W为单位。此数据对于LDO的散热设计非常重要，由于很多LDO属于SOT-223、TO-252、TO-263的表贴封装，其以PCB的铜箔为散热基础，而这就需要考虑此部分铜箔面积的大小要适合，否则LDO温升过快导致LDO过热保护。

节温的计算请参考下面公式:

TJ=TA+PD*θJA

TA为环境温度, PD为芯片上消耗的功耗, 可用 (Vin-Vout)*Iout近似计算, θJA为芯片节到环境的热阻, 它与封装形式以及散热片大小和形状有关, 一般Datasheet上会给出不带散热片时的热阻. 如果芯片使用中过热, 可考虑增大散热片的面积以减小热阻, 从而解决过热问题.

7、LDO的效率及功耗

    由于LDO是通过负反馈调节输出电流而保持输出电压不变，且Vin＞Vo＋VDROP，则有：

   （1）η=Po/Pin=（Vo*Io/Vin*Iin）*100%

   （2）η= (Vo*Io/Vi*（IGND+Io）)*100%

    此时，LDO自身的功耗：P=VDROP*Io=（Vin-Vo）*Io+Vin*IGND。

    这样，使得我们在选择LDO就有了参考依据：在满足负载系统需要的电流、电压前提下，使选用的LDO在工作时的功耗最小。

以DVD为例，在DVD系统中，主电源为5V，负载需要3.3V、2.5V、1.8V的电压，假设每路需要的电流为500mA电流，那么当选择AZ1117时，整个供电系统的设计为：AZ1117H-3.3、AZ1117H-2.5、AZ1117H-1.8，这样得到三个AZ1117的功耗：

方案A：对于AZ1117H-3.3，其输入输出电压差为：5-3.3=1.7V，满足AZ1117H-3.3在此条件下的VDROP，P1=1.7*0.5=0.85W；

对于AZ1117H-2.5，其输入输出电压差为：5-2.5=2.5V，满足AZ1117H-2.5在此条件下的VDROP，P2=2.5*0.5=1.25W

对于AZ1117H-1.8，其输入输出电压差为：5-1.8=3.2V，满足AZ1117H-2.5在此条件下的VDROP，P3=3.2*0.5=1.6W

三个AZ1117的总功耗P=0.85+1.25+1.6=3.35W，并且后两者需要较大的散热面积。

图7  方案A

方案B：如果对于5V到2.5V 、1.8V传输中，分别增加两个、三个二极管1N4001（VD=0.6V），得到：

对于AZ1117H-3.3，其功耗不变，P1=1.7*0.5=0.85W；

对于AZ1117H-2.5，其输入输出电压差为：5-0.6*2=3.8V，3.8-2.5=1.3V，满足AZ1117H-2.5在此条件下的VDROP，P2=1.3*0.5=0.65W；

对于AZ1117H-1.8，其输入输出电压差为：5-0.6*3=3.2 V，3.2-1.8=1.4V，满足AZ1117H-2.5在此条件下的VDROP，P=1.4*0.5=0.70W；

对于AZ1117，总功耗P=0.85+0.65+0.7=1.85W，而后两者并不需要特别增加散热面积。

图8 方案B

尽管方案B增加了部分成本，对电源来说，总的功耗不变，但减小了LDO功耗，明显降低了LDO表面温度，也降低了其对散热面积的要求，增加了LDO的稳定性和可靠性。

8、PCB布线的考虑

LDO的PCB布线工艺非常重要，以接地点今可能的粗短及走捷径为原则，即：星型接地。当布线不良及靠近大电流的布线时，其降噪性能将严重下降，滤波电容或地线选择不当时，由负载通过地线返回的电流中，噪声和纹波将增加，合正确的布线及元器件的合理安排都有利于噪声和纹波的减小及元器件之间的相互干扰。

图8即为推荐的LDO布线参考。

图8  推荐的LDO布线

随着电子技术的发展，电子产品的体积也变得越来越小，使得LDO有了更多的发挥舞台，各类的LDO将层出不穷，BCD公司将不尽余力地推动LDO的设计以满足将来更多的需要下载本文