工程師一定要掌握的LDO工作原理

無(wú)論什么電子產(chǎn)品，都必須用到電源，在移動(dòng)端消費類(lèi)電子產(chǎn)品中，常用的有DCDC電源和LDO電源兩種，DCDC的優(yōu)點(diǎn)是效率高，但是噪聲大；LDO正相反，它是效率低，噪聲小。

今天我們來(lái)介紹下LDO的基本工作原理，仿真一個(gè)簡(jiǎn)單的LDO模型，都是滿(mǎn)滿(mǎn)的干貨。

1. LDO分類(lèi)

常見(jiàn)的LDO是由P管構成的，LDO效率比較低，因此一般不會(huì )走大電流。針對某些大電流低壓差需求的場(chǎng)合，N管LDO應運而生。下圖是PMOS和NMOS LDO的系統框圖對比。我們暫且忽略系統的傳遞函數，把目光集中到LDO調節穩定的工作過(guò)程，下面我們就先看下PMOS LDO的基本工作流程。

2. LDO工作流程

當Vout由于負載變化或其他原因電壓下降時(shí)，兩個(gè)串聯(lián)分壓電阻兩端的電壓也會(huì )下降，進(jìn)而A點(diǎn)電壓下降，A點(diǎn)的電位和Vref電位相比較，誤差放大器會(huì )減小它的輸出，使得G電位下降，Vs電壓不變，進(jìn)而使得|Vgs|的壓差增加（我們用Vgs和Vds的絕對值描述PMOS更直觀(guān)），輸出電流Isd會(huì )增加，輸出電流Isd增加就會(huì )使得Vout上升，完成一次反饋控制，使得Vout又回到正常電位。

總結過(guò)程如下：

Vout↓——>Va↓——>Vg↓——Iout↑——>Vout↑

PMOS驅動(dòng)

下圖是PMOS的輸出特性曲線(xiàn)，是PMOS本身的一個(gè)特性，根據G、D、S電壓不同，MOS會(huì )工作在不同的區域，即可變電阻區、飽和區(恒流區)、截至區。LDO中的MOS是工作在恒流區的。

順著(zhù)下圖綠色箭頭指示方向|Vgs|逐漸上升，Ids跟著(zhù)|Vgs|上升而上升，而這段區域內不管Vds怎么變Id基本不變，換句話(huà)說(shuō)，恒流區內，Ids受Vgs控制，因此基于MOS的放大器有時(shí)也被叫做跨導放大器。

4. LDO動(dòng)態(tài)調整

讓我們再詳細來(lái)一次，若Vout異常降低，Vout-Vin=Vd-Vs=Vds，|Vds|上升(Vds<0)，在輸出特性曲線(xiàn)中體現為，由狀態(tài)工作點(diǎn)C轉移到D。緊接著(zhù)反饋回路開(kāi)始發(fā)揮作用，由于Vout下降，則Va降低，運放會(huì )使得Vg下降，Vg-Vs=Vg-Vin=Vgs，|Vgs|也上升（|Vgs|<0)，在Vgs驅動(dòng)下Iout會(huì )慢慢上升，在輸出特性曲線(xiàn)恒流區內體現為由 C向狀態(tài)工作點(diǎn)D轉移。當Iout=Id隨著(zhù)Vgs上升時(shí)，Vds慢慢減小，最終Vout又上升回來(lái)，完成了一次完整的反饋控制。

5. LDO仿真

下圖是使用multisim仿真的電路，LDO為5V轉3.3V，當輸出變化時(shí)，會(huì )通過(guò)A點(diǎn)反饋至MOS的G極，進(jìn)而調節輸出。

下圖是LDO輸出的電壓和電流波形，紅色是電壓，綠色是電流。

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