
图1 LDO原理图
LDO低压差线性稳压器的结构如图1主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。基本工作原理是这样的:系统加电,如果使能脚处于高电平时,电路开始启动,恒流源电路给整个电路提供偏置,基准源电压快速建立,输出随着输入不断上升,当输出即将达到规定值时,由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值,此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大,再经调整管放大到输出,从而形成负反馈,保证了输出电压稳定在规定值上,同理如果输入电压变化或输出电流变化,这个闭环回路将使输出电压保持不变,即:
Vout=(R1+R2)/R2 × Vref
实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其它的功能。
电源抑制比PSRR
电源抑制比PSRR (Power supply ripple rejection ratio))是反映输出和输入频率相同的条件下,LDO输出对输入纹波抑制能力的交流参数。和噪声(Noise)不同,噪声通常是指在10Hz至100kHz频率范围内,LDO在一定输入电压下其输出电压噪声的均方值(RMS),PSRR的单位是dB,公式如下:
PSRR=20 log(△vin/△vout)
提高PSRR的方法
BP 端加旁路电容为降低基准噪声,提高LDO的PSRR,需要在LDO基准的输出端增加一路低通滤波器,滤波器可以集成在线性稳压器内部或由外部电路实现。内置滤波器占用了较大的管芯尺寸,增加芯片的设计和生产成本,有些低噪声LDO芯片只是提供一个基准的引脚BP(Bypass),用于连接基准旁路电容。
增大旁路电容,有利于减小输出噪声,提高LDO的PSRR。建议使用陶瓷电容的典型值为 470 pF 到 0.01 _F 。旁路电容会对LDO 输出电压上升的速度产生影响,旁路电容值越大,输出电压上升速率越慢,在使用时要注意。
增大LDO的输出电容
LDO需要连接外部输入和输出电容器。利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。 陶瓷电容器通常是首选,因为它的价格低而且故障模式是断路,相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。输出电容器的等效串联电阻(ESR)会影响其稳定性,陶瓷电容器具有较低的ESR,大概为10 mΩ量级 采用陶瓷电容时,建议使用X5R 和X7R电介质材料,这是因为它们具有较好的温度稳定性。
在USB电路中的应用
LDO广泛应用于诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等便携设备中,当为便携设备的USB供电设计时,一般都是用到3.3伏的LDO。很多便携设备在连接USB接口时,都要判断是为便携设备充电,还是连接USB设备进行数据传输,一般的设计方法是在LDO的Vout通过一个10K上拉电阻接到USB的D+.由另一部分电路判断当前的状态是充电(Charge)还是连接USB设备进行数据传输(Data).如果LDO的Vout倒罐电流很大,也就是说,LDO的输出阻抗很小,那么LDO的Vout就会被强制拉低,那么便携设