LDO工作原理详解
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VREF ? VBE ? KVT
K=2.2/0.085=23.5 ，在 理论实现零温度系数
VREF ? 0.65 ? 0.026 ? 23.5 ? 1.26V
由于该电压等于硅的带隙电压（外推到绝对温度）， 所以这类基准电路也叫“带隙”基准电路。
注：实际上利用的不是带隙电压，有些Bandgap结构输出电压与带隙电压也不一致
CIN -
可调电压电荷泵
工作原理:
VIN
Cin
SHDN
CONTROL
S1
S3
S2
S4
VREF
+ -
GND
C+ ? 通过反馈控制
Cfly 电容Cfly的充
CVOUT
Cout
放电时间，实 现调节输出电
压的目的
DC-DC (inductor)
? 原理框图
电子 V'O 整流滤
VO
开关
波电路
VIN
占空比控
带启动电路的自偏置
电路开始上电，由于上半部分镜 像电流源处于零电流状态，节 点1处于高电位，同样下半部分 也处于零电流状态，节点 3处于 低电位， MP1导通， 2节点电位 被拉高，MN1导通，这样节点 1 被拉低，说明镜像电流源中的 管子导通，有电流流过偏置
电路，电流持续上升，当到达工作点 B时，节点3被拉 高，将MP1关断，节点 2电位下降，直到 MN1关断， 这样启动电路完全脱离偏置电路，偏置电路稳定的工 作在工作点 B处。
点偏置。
调整管
? NPN 稳压器（NPN regulators ） 在NPN稳压器的内部使用一个 PNP管来驱动 NPN 达林顿管（NPN Darlington pass transistor），输入输 出之间存在至少1.5V～ 2.5V的压差（dropout voltage）。这个压差为： Vdrop ＝ 2Vbe ＋Vsat
制电路
R 1
比较 电路
R 2
VREF
DC-DC
Step
Down VVoouutt
“?BuVcink ”Converter ? 1V?inDgD
VVoouutt ?? VVinin
Step UP “Boost ”Converter
Vout
?
Vin 1? D
Vout ? Vin
Step Up / Step Down “Buck -VVVBooouuuottto???s1VtV1Vi?”ni?ninDCgDDonverter
? 缺点 降压输出 效率低，功耗大
? 优点 可升压、可降压 效率高，功耗小
? 缺点 设计更复杂，外围器 件多，花费也较高 输出纹波大
线性稳压器原理框图
+
调整元件
Ui
误差放大
取
负
UL
-
基准电压
样
载
? 调整元件 ? 基准电压源 ? 误差放大器 ? 反馈网络（取样电路）
用分立元件搭的LDO
误差放大
调整元件
LDO原理与应用
田毅
内容
? 电压调节器分类 ? Charge pump (inductor less DC-DC) ? DC-DC (inductor) ? 线性电源 ? LDO原理介绍 ? LDO参数 ? 具体实例
电压调节器分类
? 线性电源 传统线性电源 低压差线性电源（LDO)
? 开关类电源
带 隙 基 准 原 理 图
VREF
?
? ?n ?
R2 R1
? ln m?VT
?
? VEB3
误差放大器
? 误差放大一般采 用三级结构，与 集成运放相似
? 差分输入级提电 路共模抑制比，并且输入电阻很大
? 电压放大级进一步提高电路增益 ? 输出级一般除了提高电路增益外，最主要的作
用是提高输出摆幅，最大可能的减小输出电阻 ? 偏置电路为电路的三部分提供合适的静态工作
工作过程1: 对电容CFLY充电
I
VIN
+
- CIN S2
S1
S4
S3
+ CFLY
-
VOUT C OUT
过程1等效电路:
VIN
+
+
CIN
CFLY
工作过程2: 倍压输出
I VIN
CIN
S2
S1
S4
S3
+ C FLY
-
VOUT + - COUT
过程2等效电路:
VOUwk.baidu.com +
- CFLY
+
VIN +
COUT -
利用硅能带与价带之间的禁带带隙能量作 为基准，因为这个能量几乎是不变的，即 通常所说的带隙基准电压源。稳定的基准 电压源要求要有不随电压源电压变化的电 流偏置电路。一般的偏置电路需要一个启 动电路
VBE
带隙基准电压源
pn结二极管产生电压 VBE， 温度系数为 -2.0mV/℃； 热电压 VT=KT/q ，温度系 数为+0.085mV/ ℃。
（NPN 稳压器）
调整管
? 准LDO 稳压器（Quasi-LDO regulators ）
另一种广泛应用于某些场合是准LDO（例如： 5V到3.3V 转换器）。准LDO介于 NPN 稳压 器和 LDO 稳压器之间而 得名，导通管是由单个 PNP管来驱动单个NPN 管。因此，它的跌落压 降介于NPN稳压器和 LDO之间： Vdrop＝Vbe ＋Vsat
基准电压 取样电路
工作 原理
? 电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电 压快速建立
? 输出随着输入不断上升，输出达到规定值 ? 误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进
行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了 输出电压稳定 ? 输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压 保持不变
VOUT=（R1+R2）/R2 * Vref
集成LDO结构图
齐纳二极管或 带隙基准源
传统线性稳压 器调整管
达林顿管 PNP管 PMOS NMOS
实际电路比原理框图多 了启动电路和保护电路
过流保护
热保护
一些复杂的LDO还会 加过压保护、欠压保 护、反接保护等
基准电压源
? 对输出电压影响最大 ? 稳定性好，低温漂，高精度，内阻小 ? 带隙基准电压源
Vin ? Vout ? Vin
Q1 Vin+
L1 Vout+
Cin
D1
Cout
VinL1
Vin+
Cin
D1 Q1
VoutVout+ Cout
VinVin+
Cin
Q1 D1
Vin-
Vout-
L1
D1
Vout+
Q2
Cout
Vout-
线性电源、开关电源 哪个更好？？
线性电源
开关电源
? 优点 外围器件少，PCB面 积小，花费少 无开关噪声，纹波小
Charge pump (inductor less DC-DC) DC-DC (inductor)
Charge pump（电荷泵）
? 原理
VIN
Cin
SHDN
CONTROL / CLOCK
S1
S3
S2
S4
GND
C+
Cfly
CVOUT
Cout
倍压电荷泵示意图 (Vout = 2 x Vin)
倍压电荷泵
K=2.2/0.085=23.5 ，在 理论实现零温度系数
VREF ? 0.65 ? 0.026 ? 23.5 ? 1.26V
由于该电压等于硅的带隙电压（外推到绝对温度）， 所以这类基准电路也叫“带隙”基准电路。
注：实际上利用的不是带隙电压，有些Bandgap结构输出电压与带隙电压也不一致
CIN -
可调电压电荷泵
工作原理:
VIN
Cin
SHDN
CONTROL
S1
S3
S2
S4
VREF
+ -
GND
C+ ? 通过反馈控制
Cfly 电容Cfly的充
CVOUT
Cout
放电时间，实 现调节输出电
压的目的
DC-DC (inductor)
? 原理框图
电子 V'O 整流滤
VO
开关
波电路
VIN
占空比控
带启动电路的自偏置
电路开始上电，由于上半部分镜 像电流源处于零电流状态，节 点1处于高电位，同样下半部分 也处于零电流状态，节点 3处于 低电位， MP1导通， 2节点电位 被拉高，MN1导通，这样节点 1 被拉低，说明镜像电流源中的 管子导通，有电流流过偏置
电路，电流持续上升，当到达工作点 B时，节点3被拉 高，将MP1关断，节点 2电位下降，直到 MN1关断， 这样启动电路完全脱离偏置电路，偏置电路稳定的工 作在工作点 B处。
点偏置。
调整管
? NPN 稳压器（NPN regulators ） 在NPN稳压器的内部使用一个 PNP管来驱动 NPN 达林顿管（NPN Darlington pass transistor），输入输 出之间存在至少1.5V～ 2.5V的压差（dropout voltage）。这个压差为： Vdrop ＝ 2Vbe ＋Vsat
制电路
R 1
比较 电路
R 2
VREF
DC-DC
Step
Down VVoouutt
“?BuVcink ”Converter ? 1V?inDgD
VVoouutt ?? VVinin
Step UP “Boost ”Converter
Vout
?
Vin 1? D
Vout ? Vin
Step Up / Step Down “Buck -VVVBooouuuottto???s1VtV1Vi?”ni?ninDCgDDonverter
? 缺点 降压输出 效率低，功耗大
? 优点 可升压、可降压 效率高，功耗小
? 缺点 设计更复杂，外围器 件多，花费也较高 输出纹波大
线性稳压器原理框图
+
调整元件
Ui
误差放大
取
负
UL
-
基准电压
样
载
? 调整元件 ? 基准电压源 ? 误差放大器 ? 反馈网络（取样电路）
用分立元件搭的LDO
误差放大
调整元件
LDO原理与应用
田毅
内容
? 电压调节器分类 ? Charge pump (inductor less DC-DC) ? DC-DC (inductor) ? 线性电源 ? LDO原理介绍 ? LDO参数 ? 具体实例
电压调节器分类
? 线性电源 传统线性电源 低压差线性电源（LDO)
? 开关类电源
带 隙 基 准 原 理 图
VREF
?
? ?n ?
R2 R1
? ln m?VT
?
? VEB3
误差放大器
? 误差放大一般采 用三级结构，与 集成运放相似
? 差分输入级提电 路共模抑制比，并且输入电阻很大
? 电压放大级进一步提高电路增益 ? 输出级一般除了提高电路增益外，最主要的作
用是提高输出摆幅，最大可能的减小输出电阻 ? 偏置电路为电路的三部分提供合适的静态工作
工作过程1: 对电容CFLY充电
I
VIN
+
- CIN S2
S1
S4
S3
+ CFLY
-
VOUT C OUT
过程1等效电路:
VIN
+
+
CIN
CFLY
工作过程2: 倍压输出
I VIN
CIN
S2
S1
S4
S3
+ C FLY
-
VOUT + - COUT
过程2等效电路:
VOUwk.baidu.com +
- CFLY
+
VIN +
COUT -
利用硅能带与价带之间的禁带带隙能量作 为基准，因为这个能量几乎是不变的，即 通常所说的带隙基准电压源。稳定的基准 电压源要求要有不随电压源电压变化的电 流偏置电路。一般的偏置电路需要一个启 动电路
VBE
带隙基准电压源
pn结二极管产生电压 VBE， 温度系数为 -2.0mV/℃； 热电压 VT=KT/q ，温度系 数为+0.085mV/ ℃。
（NPN 稳压器）
调整管
? 准LDO 稳压器（Quasi-LDO regulators ）
另一种广泛应用于某些场合是准LDO（例如： 5V到3.3V 转换器）。准LDO介于 NPN 稳压 器和 LDO 稳压器之间而 得名，导通管是由单个 PNP管来驱动单个NPN 管。因此，它的跌落压 降介于NPN稳压器和 LDO之间： Vdrop＝Vbe ＋Vsat
基准电压 取样电路
工作 原理
? 电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电 压快速建立
? 输出随着输入不断上升，输出达到规定值 ? 误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进
行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了 输出电压稳定 ? 输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压 保持不变
VOUT=（R1+R2）/R2 * Vref
集成LDO结构图
齐纳二极管或 带隙基准源
传统线性稳压 器调整管
达林顿管 PNP管 PMOS NMOS
实际电路比原理框图多 了启动电路和保护电路
过流保护
热保护
一些复杂的LDO还会 加过压保护、欠压保 护、反接保护等
基准电压源
? 对输出电压影响最大 ? 稳定性好，低温漂，高精度，内阻小 ? 带隙基准电压源
Vin ? Vout ? Vin
Q1 Vin+
L1 Vout+
Cin
D1
Cout
VinL1
Vin+
Cin
D1 Q1
VoutVout+ Cout
VinVin+
Cin
Q1 D1
Vin-
Vout-
L1
D1
Vout+
Q2
Cout
Vout-
线性电源、开关电源 哪个更好？？
线性电源
开关电源
? 优点 外围器件少，PCB面 积小，花费少 无开关噪声，纹波小
Charge pump (inductor less DC-DC) DC-DC (inductor)
Charge pump（电荷泵）
? 原理
VIN
Cin
SHDN
CONTROL / CLOCK
S1
S3
S2
S4
GND
C+
Cfly
CVOUT
Cout
倍压电荷泵示意图 (Vout = 2 x Vin)
倍压电荷泵