低压差线性稳压器(LDO)在硬件设计中是确保电源系统稳定可靠的核心元件。其通过线性调节方式,将输入电压转换为精准、低噪声的输出电压,且输入输出压差可低至数十毫伏,显著降低功率损耗并提升能效。相较于开关电源,LDO无需电感和复杂滤波电路,具备结构简单、成本低、瞬态响应快等优势,尤其适用于对电源噪声敏感的模拟电路(如传感器、ADC/DAC模块)和低功耗数字芯片(如MCU、FPGA)的供电。
在便携式设备中,LDO凭借低压差特性可延长电池续航;在高速通信系统中,其低纹波特性可保障信号完整性;在医疗和工业设备中,高精度稳压能力则直接关系到系统的安全性与测量准确性。此外,LDO的快速负载响应能有效抑制电源波动,防止逻辑电路误触发。合理选型LDO需兼顾功耗、散热、动态性能与成本,其设计优劣直接影响硬件系统的稳定性、能效及抗干扰能力,是嵌入式设计中不可或缺的关键环节。
一、LDO工作原理
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LDO基本结构
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由调整管(Pass Transistor,通常为P-MOS或N-MOS)、误差放大器(Error Amplifier)、参考电压(Reference Voltage)和反馈网络(Feedback Network)组成。
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核心功能:通过调整管的导通状态,将输入电压(VIN)稳定为所需输出电压(VOUT),同时最小化输入输出电压差(压差电压,Dropout Voltage)。
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稳压过程
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反馈机制:反馈网络(电阻分压)采样输出电压,与内部参考电压比较,误差放大器根据差值调整调整管的导通程度。
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低压差特性:LDO可在极低压差(低至几十mV)下工作,适合输入电压接近输出电压的场景(如电池供电设备)。
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与传统线性稳压器的区别
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LDO采用MOSFET作为调整管,传统稳压器使用双极型晶体管,LDO的压差更低、效率更高。
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二、LDO关键参数解析(TPS7A6650-Q1 为例)
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压差电压(Dropout Voltage, VDO)
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定义:维持稳压所需的最小输入-输出电压差(VIN - VOUT)。
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影响:决定最低输入电压(VIN_MIN = VOUT + VDO),低VDO适合电池供电场景。 在TPS7A6650-Q1规格书中的Vdo在12mV到450mV之间,根据输出电流大小所需的VDO也是不一样。以调节电压为3.3V为例,当输出电流是150mA时,输入至少要保证为Vin=3.3V+VDO=3.3V+300mV=3.6V才能保证LDO正常工作输出。
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