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1、前言

低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 的典型特性必然是壓降。畢竟，其名稱及其縮寫由此而來。從根本上講，壓降描述的是正常穩(wěn)壓所需的 VIN 和 VOUT 之間的最小差值。

2、什么是壓降？

壓降電壓 VDO 是指為實(shí)現(xiàn)正常穩(wěn)壓，輸入電壓 VIN 必須高出所需輸出電壓 VOUT(nom) 的最小壓差。請(qǐng)參見 公式 1：

公式 1：VIN ≥ VOUT(nom) + VDO

如果 VIN 低于此值，線性穩(wěn)壓器將以壓降狀態(tài)工作，不再調(diào)節(jié)所需的輸出電壓。在這種情況下，輸出電壓 VOUT(dropout) 將等于 VIN 減去壓降電壓的值（公式 2）：

公式 2：VOUT(dropout) = VIN − VDO

以調(diào)節(jié)后電壓為 3.3V 的 TPS799 等 LDO 為例：當(dāng)輸出 200mA 電流時(shí)，TPS799 的最大壓降電壓指定為 175mV。只要輸入電壓為 3.475V 或更高，就不會(huì)影響調(diào)節(jié)過程。但是，輸入電壓降至 3.375V 將導(dǎo)致 LDO 以壓降狀態(tài)工作并停止調(diào)節(jié)，如圖 1 所示。雖然應(yīng)將輸出電壓調(diào)節(jié)為 3.3V，但 TPS799 沒有保持穩(wěn)壓所需的余量電壓。因此，輸出電壓將開始跟隨輸入電壓變化。

圖 1 在低壓降狀態(tài)下工作的TPS799

3、決定壓降的因素是什么？

壓降主要由 LDO 架構(gòu)決定。 為說明原因，讓我們來了解一下 P 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 (PMOS) 和 N 溝道 MOS (NMOS) LDO，并對(duì)比其工作情況。

3.1、PMOS 架構(gòu) LDO

圖 2 所示為 PMOS LDO 架構(gòu)。為調(diào)節(jié)所需的輸出電壓，反饋回路將控制漏-源極電阻 RDS。隨著 VIN 逐漸接近 VOUT(nom)，誤差放大器將驅(qū)動(dòng)?xùn)?源極電壓 VGS 負(fù)向增大，以減小 RDS，從而保持穩(wěn)壓。

圖 2 PMOS LDO

但是，在特定的點(diǎn)，誤差放大器輸出將在接地端達(dá)到飽和狀態(tài)，無法驅(qū)動(dòng) VGS 進(jìn)一步負(fù)向增大。RDS 已達(dá)到其最小值。將此 RDS 值與輸出電流 IOUT 相乘，將得到壓降電壓。請(qǐng)記住，隨著 VGS 負(fù)向增大，能達(dá)到的 RDS 值越低。通過提升輸入電壓，可以使 VGS 值負(fù)向增大。因此，PMOS 架構(gòu)在較高的輸出電壓下具有較低的壓降。圖 3 展示了此特性。

圖 3 TPS799 的壓降電壓與輸入電壓關(guān)系圖

如圖 3 所示，TPS799 的壓降電壓隨輸入電壓（也適用于輸出電壓）增大而降低。這是因?yàn)殡S著輸入電壓升高 VGS 會(huì)負(fù)向增大。

3.2、NMOS 架構(gòu) LDO

NMOS 架構(gòu)如圖 4 所示，反饋回路仍然控制 RDS。但是，隨著 VIN 接近 VOUT(nom)，誤差放大器將增大 VGS 以降低 RDS，從而保持穩(wěn)壓。

圖 4 NMOS

LDO在特定的點(diǎn)，VGS 無法再升高，因?yàn)檎`差放大器輸出在電源電壓 VIN 下將達(dá)到飽和狀態(tài)。達(dá)到此狀態(tài)時(shí)，RDS 處于最小值。將此值與輸出電流 IOUT 相乘，會(huì)獲得壓降電壓。不過這也會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)檎`差放大器輸出在 VIN 處達(dá)到飽和狀態(tài)，隨著 VIN 接近 VOUT(nom)，VGS 也會(huì)降低。這有助于防止出現(xiàn)超低壓降。

3.3、偏置 LDO

很多 NMOS LDO 都采用輔助電壓軌，即偏置電壓 VBIAS，如圖 5 所示。

圖 5 帶偏置電壓軌的 NMOS LDO

此電壓軌用作誤差放大器的正電源軌，并支持其輸出一直擺動(dòng)到高于 VIN 的 VBIAS。這種配置能夠使 LDO 保持較高 VGS，從而在低輸出電壓下達(dá)到超低壓降。有時(shí)并未提供輔助電壓軌，但仍然需要在較低的輸出電壓下達(dá)到低壓降。在這種情況下，可以用內(nèi)部電荷泵代替 VBIAS，如圖 6 所示。

圖 6 帶內(nèi)部電荷泵的 NMOS LDO

電荷泵將提升 VIN，以便誤差放大器在缺少外部 VBIAS 電壓軌的情況下仍可以生成更大的 VGS 值。

3.4、其他因素

除了架構(gòu)之外，壓降還會(huì)受到其他一些因素的影響，如表 1 所示。

表 1 影響壓降的因素

很顯然，壓降并不是一個(gè)靜態(tài)值。雖然這些因素會(huì)提高選擇 LDO 的復(fù)雜程度，但同時(shí)，還能幫助您根據(jù)特定的條件選擇最適合的 LDO。以上關(guān)于LDO基礎(chǔ)特性壓降部分就為大家講解完成了，喜歡的可以點(diǎn)個(gè)早看或者轉(zhuǎn)發(fā)哦~

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