1.前言

低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 的效率取決于其輸入電壓和輸出電壓，因?yàn)閺?a href="/tags/電源" target="_blank">電源汲取的輸入電流將等于 LDO 輸出所需的電流。因此，LDO 中較高的輸入和輸出電壓差會(huì)轉(zhuǎn)化為較低的效率值，反之亦然。低效率的 LDO 會(huì)轉(zhuǎn)化為功率損耗并導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱。

有時(shí)，由于其低噪聲特性，我們將需要在負(fù)載點(diǎn)使用 LDO。例如，在汽車后置攝像頭設(shè)計(jì)中，LDO 可以為平板顯示器 (FPD)-Link 串行器的模擬電路供電，這通常需要 1.8V 電源軌。由于輸入電壓軌通常從電池（12 V 或 24 V）開始，因此提高整體系統(tǒng)效率的一種方法是使用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器作為第一級轉(zhuǎn)換，然后使用 LDO。

2.LDO的優(yōu)點(diǎn)

既然是作為低壓差穩(wěn)壓器，那么首先第一個(gè)特點(diǎn)就是極低的輸入輸出電壓差，

其次它還具有電壓輸出穩(wěn)定、噪聲小、紋波小、體積小、外圍電路簡單等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)候如果用到LDO穩(wěn)壓器，一般需要至少考慮四個(gè)因素：靜態(tài)電流、輸入輸出壓差、噪聲以及紋波抑制比。

①靜態(tài)電流IQ：IQ是低壓差線性穩(wěn)壓器的一種重要設(shè)計(jì)參數(shù)，可以理解為沒有信號輸出情況下IC本身消耗的電流，現(xiàn)在產(chǎn)品越來與趨向于小型化，同時(shí)要求功耗更低，像STM32這樣高性能芯片，其功耗可低至2μA?；诖耍芏啾銛y式電子產(chǎn)品，特別是帶電池類產(chǎn)品都喜歡用低功耗的LDO產(chǎn)品，因?yàn)榇龣C(jī)功耗小，使用時(shí)間也就長；

②輸入輸出壓差VDROP：LDO要求輸入電壓要稍大于輸出電壓，即VDROP=Vin - Vout，這個(gè)差值不能太大，要不然穩(wěn)壓精度會(huì)受到影響，可以看出LDO只能降壓而不能升壓；

③噪聲：噪聲其實(shí)是一個(gè)統(tǒng)稱，是衡量一款電源產(chǎn)品優(yōu)秀的重要參考因素，它里面包含耦合、諧振等；

④紋波抑制比：電源變化量與輸出變化量的比值，是輸出信號受電源影響比值，反映LDO抑制信號源的能力。

3.如何提高LDO輸出效率

由于 LDO 效率取決于其輸出和輸入電壓之間的差異，因此提高整體系統(tǒng)效率的另一種方法是使用跟蹤預(yù)調(diào)節(jié)器電路，如圖 1 所示。在這種情況下，DC/DC的 V OUT將始終被調(diào)節(jié)到高于LDO的 V OUT的固定量。圖 1 中的電路使我們可以靈活地動(dòng)態(tài)調(diào)整 LDO 電壓，而無需單獨(dú)調(diào)整 DC/DC 轉(zhuǎn)換器上的電壓。

圖 1 中所示的預(yù)穩(wěn)壓器電路使用 TI 的 LMR33630 同步降壓轉(zhuǎn)換器和 TPS7A1601 LDO 評估模塊 (EVM)，并對 LMR33630 反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一些修改。此處選擇的 LDO 是 60V LDO，但我們也可以使用較低電壓的 LDO，例如 TPS7A4701。

圖1：帶有 LMR33630 和 TPS7A1601 的正跟蹤預(yù)調(diào)節(jié)器

在圖 1 中，來自 LMR33630 的反饋產(chǎn)生恒定電流 IFBB，該電流流經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò) RFBT 和 RFBB。

圖 2：硬件實(shí)現(xiàn)

在該配置中，在V OUT的DC / DC將跟隨在V OUT根據(jù)等式1 LDO的：

為了調(diào)整 LDO 的余量，只需調(diào)整 RFBT 的值：IFBB 將保持不變。

在圖 1 的示例設(shè)計(jì)中，TPS7A1601 EVM 設(shè)置為生成 5V 輸出；LDO 輸出電壓通過一個(gè) 10kΩ 電阻連接到 2N4403 P 溝道 N 溝道 P 溝道 (PNP) 晶體管的基極。由于 LMR33630 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為 1V，因此 LMR33630 的 VFB 上的電壓也被調(diào)節(jié)為 1V。

根據(jù)公式 1，IFBB 的值 = 1 V/10 kΩ = 0.1 mA。2N4403 的 Vbe 約為 0.6V：通常，LMR33630 輸出電壓將比 LDO 輸出電壓高約 1.6V；這是 LDO 余量。

 

圖 3 和圖 4 中的波形說明了系統(tǒng)的性能。

圖3：啟動(dòng)波形，LMR33630 跟蹤 LDO 電壓

圖4：LMR33630 跟蹤 LDO 電壓的上升斜坡（LDO 反饋網(wǎng)絡(luò)被注入斜坡以控制其輸出電壓）

如圖 4 所示，TPS7A1601 電壓 rmps 上升，上升時(shí)間為 200 μs，LMR33630 輸出電壓跟蹤非常好，比 LDO 電壓高 1.6 V。由于 LDO 上的輸出電流較小，這意味著 LMR33630 上的負(fù)載很小。因此，在向下轉(zhuǎn)換期間，LDO 電壓下降得比 LMR33630 輸出電壓更快（注意圖 5 中顯示的時(shí)基）。一旦兩個(gè)電壓都穩(wěn)定下來，我們可以在圖5中看到 LMR33630 輸出電壓仍然比 LDO 電壓高 1.6V。

圖 5：LMR33630 跟蹤 LDO 電壓的下降斜坡

要檢查的最后一件事是通過在 TPS7A1601 LDO 的輸出端執(zhí)行負(fù)載瞬態(tài)測試來檢查整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖 6是一個(gè)示波器捕獲，顯示了 TPS7A1601 LDO 輸出端從 0 到 100 mA 的負(fù)載瞬變。示波器截圖顯示，即使在負(fù)載瞬變期間，LMR33630 也會(huì)跟蹤 TPS7A1601 LDO 輸出電壓。

圖6：TPS7A1601 從 0 到 100 mA 的負(fù)載瞬態(tài)波形（VOUTDCDC 和 VOUTLDO 交流耦合）

如我們所見，可以使用跟蹤預(yù)穩(wěn)壓器通過最小化 LDO 的輸入和輸出電壓之間的差異來提高帶有 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 LDO 的整體系統(tǒng)效率。