LDO線性穩壓器的功耗和壓差分析
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摘要 : LDO 是一種線性穩壓器，使用在其飽和區域內運行的晶體管或場效應管（FET），從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。
在系統設計中，要從節省電池能量的角度出發多加考慮，例如現在便攜產品的處理器，一般都設有幾個不同的工作狀態，通過一系列不同的節能模式（空閑、睡眠、深度睡眠等）可減少對電池容量的消耗。即當用戶的系統不需要最大處理能力時，處理器就會進入電源消耗較少的低功耗模式，帶有使能控制的低壓差線性穩壓器(LDO)是不錯的選擇。
二、什么是LDO
LDO 是一種線性穩壓器，使用在其飽和區域內運行的晶體管或場效應管（FET），從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。正輸出電壓的LDO（低壓降）穩壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設備）作為 PNP。這種晶體管允許飽和，所以穩壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復合電源晶體管的傳統線性穩壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類似。
產生壓差的主要原因是：在調整元件中有一個P溝道的MOS管。當LDO工作時MOS管道通等效為一個電阻，RDS(ON),
VDROPOUT=VIN-VOUT=RDS(ON)xIOUTR
由此得出低壓差線性穩壓器(LDO)的一個重要特性，在輸入電壓大于最小工作電壓和輸出電壓其標稱值范圍內，負載電流為零時，輸出電壓隨輸入電壓的變化而變化，這就是LDO的跟隨特性，待輸出電壓達到其標稱值后不隨輸入而變化，從而達到穩壓的目的，這就是LDO的穩壓特性。
在箭頭范圍內，輸入和輸出和箭頭組成的圖形在一定范圍內近試為平行四邊形，在平行四邊的邊上任取一點，做與另一邊平行的線段，由平行四邊形的定義可知和另一邊相等。
所以這兩種測試方法只是取值點不同而已，對同一芯片而言，兩種方法測得值幾乎相同。在TMT生產測試中，也有兩種測試方法，一種是循環法，輸入在某一個確定值時,以步長為1mV下降，至道輸出電壓較其標稱值跌落2％，或輸出電壓較其標稱值小于100mV時停止，這種方法循環的步長越多，測試的時間就越長，對芯片的成本就越高，令一種方法是，輸入固定電壓法，輸入和輸出和箭頭組成的圖形近試平行四邊形，只要我的取值點在平行四邊形內，測得的值就是相同的，所以通常是根據具體的LDO的Dropout的大小，輸入加上某一個值，使輸出電壓約等于較其標稱值跌落2％或較其標稱值小于100mV。例如Dropout在150mA時為100mV,那么輸入可以等于輸出，這樣測的輸出比標稱值小于100mV，等于這樣測一次就可以了，節約了大量的時間，降低生產成本。
單體鋰離子電池充足電時的電壓為4.2V，放完電后的電壓為2.3V，而有些標定電壓為3.3V工作的微處理器DSP的最低工作電壓可以達到2.9V。這樣LDO輸出值在小于標稱值的一定范圍內還是可以工作的。由上圖可見，LDO的壓差越小，輸入和輸出和箭頭組成的圖形近試平行四邊形越長，LDO的工作時間就越長效率就越高，電池的待機時間也就會越長。
低壓差線性穩壓器由于存在壓差，它最大的缺點是在熱量管理方面，因為其轉換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值。例如，如果一個驅動圖像處理器的LDO輸入電源是從單節鋰電池標稱的3.6V，在電流為200mA時輸出1.8V電壓，那么轉換效率僅為50%，因此在手機中產生了一些發熱點，并縮短了電池工作時間。雖然就較大的輸入與輸出電壓差而言，確實存在這些缺點，但是當電壓差較小時，情況就不同了。例如，如果電壓從1.5V降至1.2V，效率就變成了80%。
低壓差線性穩壓器功耗主要是輸入電壓，輸出電壓以及輸出電流的函數。下列方程式可用來計算最惡劣情況下的功耗：
PD=（VINMAX-VOUTMIN）ILMAX。其中:PD=最惡劣情況下的實際功耗，VINMAX=VIN腳上的最大電壓，VOUTMIN=穩壓器輸出的最小電壓，ILMAX=最大(負載)輸出電流。
最大允許功耗(PDMAX)是最大環境溫度(*AX),最大允許結溫(TJMAX)(+125°C)和結點到空氣間熱阻（θJA)的函數。對于安裝在典型雙層FR4電解銅鍍層PCB板上的5引腳SOT-23A封裝器件，其（θJA)約為250°C/Watt。
PDMAX=(*AX-TJMAX)/θJA
VINMAX=3.0V+10%，VOUTMIN=2.7V-2.5%，ILOADMAX=40mA，TJMAX=+125°C，*AX=+55°C
實際功耗PD=26.7mW，最大允許功耗:PDMAX=280mW.
在低壓差線性穩壓器（LDO）的使用過程中一定要注意合理分配LDO實際功耗，不要超過他的最大功耗。以影響系統的穩定性。
