低压差线性稳压器LDO的稳压特性及稳压过程概述-德赢Vwin官网网

低压差线性稳压器（Low dropout regulator），通常简称为“LDO”，是一种线性稳压器，它通过内部负反馈自动调节晶体管或场效应管（FET）在线性区域所占用的电压，从输入电压中获取稳定的输出降额电压。

下图为LDO典型应用电路图

输入电压Vi施加到LDO芯片输入后，被降压成输出电压VO驱动负载（电灯泡），这里的输出电压VO（Output Voltage）是LDO的一个重要参数，一般工程师在进行选型时首先考虑的就是输出电压。

LDO有固定输出电压（Fixed）和可调输出电压（Adjustable）两种。固定输出电压LDO使用比较方便，经过厂家精密调整后的输出电压精度很高，但是其设定的输出电压数值均为常用电压值（如1.2V、 2.5V、3.3V、5V等），不可能满足所有的应用场合要求，这时可以使用可调输出电压类型的LDO，只需要调整外接元件数值即可在一定范围内进行输出电压的调整。

有人可能会说了：什么烂编剧，不就是个降压嘛，我用电阻分压不是一样的？我要退票！

下面我们详细讲解LDO的稳压特性，这是普通电阻分压所不能提供的。LDO的基本原理与通用串联型稳压电路是一致的，其基本结构如下图所示：

其中，三极管Q1为电压调整管，电阻R3、R4及可调电阻RP1用来对输出电压VO进行电压采样，D1为稳压二极管，与电阻R2配合为三极管Q2的发射极提供稳定的 参考电****位V~~REF~~（Reference Voltage），三极管Q2用来对参考电压与采集到的输出电压进行比较，R2为Q1与Q2提供静态偏置电压。

当电路还没有施加输入电压时，三极管Q1与Q2均处于截止状态，此时夜静阑珊，万籁俱寂。

如果对该电路施加输入电压V i （暂时还没有接负载）时，输入电压Vi经电阻R1、三极管Q1的发射结V ~~BE1~~ 、R2、D1（或R3、R4、RP1）为三极管Q1提供基极电流，由于三极管Q1的集电极电位最高，基极电位次之、发射极电位最低，三极管处于放大状态，如下图所示：

此时此刻，上图的等效电路如下所示：

可以看到，这个电路就是一个共集电极放大电路，其中的电阻RX表示R2、R3、R4、RP1、D1等效的总电阻，此时三极管Q1处于放大状态，输出VO也有一定的电压，但电路还没有稳压能力。

下一刻，三极管基极电压VB2由电阻R3、R4、RP1分压获取，如下式：

三极管发射极电位VE2是VO通过R2、D1稳压电路获取的恒定参考电压V Z ，通常这个参考电压稍大于1V，而三极管的集电极电位VC2由Vi通过R2提供，很明显，三极管Q2的三个极电位V C >V B >V E ，集电结反偏，发射极正偏，三极管Q2处于放大状态。

三极管Q2将基极电流IB2放大后，产生集电极电流IC2并将其集电极电位VC2拉下来，继而使三极管Q1的基极-发射极电压V~~BE1~~下降，引起IB1与IC1相继下降，集电极-发射极电压V~~CE1~~升高，输出电压VO会比三极管Q2没有接入时会下降一些，三极管Q2接入后电路形成负反馈并达到稳态。

此时电路中虽然还没有接负载，但放大电路回路已经形成，因此必然会有一定的电流，称为 静态电流（Quiescent Current），也有些规格书称之为 接地电流（Ground Pin Current），这个电流要求越小越好。

有些LDO芯片（特别是低电压输出的）必须外接负载才有正确的电压输出，它需要一定的负载电流才能维持内部正常的调整行为，这个电流的最小值称为 最小负载电流（Minimum Load Current）

下面我们将电路接上负载（电灯泡），看看情况会有什么不一样，如下图所示：

由于负载肯定会有一定的电阻值（通常比等效电阻RX小多了），当负载如上图所示接到电路中时，相当于等效电阻RX与RL并联，相当于Q1集电极对地的电阻下降了，由于此时回路电流I还没有变化，根据欧姆定律V=R×I，则输出VO势必会下降。

电阻R3、R4、RP1是对输出电压VO进行分压采集，因此三极管Q2的基极电位VB2电位相应也会下降，而Q2的发射极因为D1、R2提供稳定的参考电位V Z ，则有V ~~BE2~~ =V B2 -VZ下降，继而导致Q2的基极电流IB2与集电极电流IC2相继下降。

三极管Q2的集电极电流IC2下降将导致Q2集电极电位VC2上升，则有Q1的发射结电压V ~~BE1~~ =V B1 -V E1 =V C2 -V E1 =V C2 -VO上升（记住前提条件，输出电压VO是下降的），其基极电流IB1与集电极电流Ic1亦相继上升，从而导致V~~CE1~~下降。

输入Vi是一直恒定不变的，因此有输出电压V O =V i -V~~CE1~~上升

可以看到，电路刚刚接入负载的一瞬间，输出电压是下降的，但是经过一系列比较反馈调整后，输出电压又上升了，亦即输出电压回升到没有接入负载时的电压，也就是说，不管有没有接入负载，输出电压都可以稳定到同一个数值。

这个稳压的过程可以如下所示：

事实上，这里的三极管Q1就相当于可调电阻R Q1 ，负载电灯泡就相当于电阻R L ，如下图所示：

当负载重了（即RL阻值变小），输出电压VO下降了，为了维持与之前相同的输出电压，就把可调电阻值RQ1下降一些，这样按电阻分压原理，输出电压VO就上升了（只是电流增大了），上升量抵消了下降量，输出电压VO保持不变

相反，就把可调电阻RQ1上升一些，这与刚刚那位退票离场的同仁所述是一致的。

三极管Q1的集电极-发射极电压V~~CE1~~就是LDO的压降VD（Dropout Voltage），这个电压会在三极管上产生热量，流过三极管Q1（即负载电流）的电流越大，则由P=V×I公式可知（电流I越大），在三极管消耗的功率越大，从而导致三极管发热，因此一般Q1采用的都是功率管。

这个压差VD自然是越小越好，对于给定的LDO都有一个VD值，在实际使用时，输入电压Vi与输出电压Vo的差值一定要大于这个VD值，否则LDO将无法正常维持内部调节行为而无法实现稳压功能。

同样，如果外加的输入电压Vi太大，则由P=V×I公式可知（电压V越大），也会导致三极管消耗功率增大，从而引起三极管发热，这也会极大的影响LDO的电源转换效率，如下图所示：

LDO的输入输出电流接近一致的，因此计算LDO的效率只需知道输出电压Vo与输入电压Vi的比值即可，对于同样的输出电压3.3V，当输入电压为5V时，LDO的效率约为66%，而当输入电压为9V时，LDO的效率就降到约36%了，大部分的输入能源都被消耗到了LDO本体上，这是低功耗应用所不允许的。

当然，负载电流不能一直升高到无限大（即负载电阻不可能无限小，否则电路将带不动，这跟小马拉大车的道理是一样的），当负载电流高到一定值时，三极管Q1由于电流太大而发热，最终导致三极管损坏，此时的电流称为最大负载电流I~~LIMIT~~（Current Limit）

我们说稳压电路可以对负载引起的输出电压变化进行稳压，那么用什么参数来衡量呢？通常我们用负载调整率ΔLoad（Load Regulation）参数来衡量这个性能，如下图所示：

上图中输入电压Vi对应输出V O ，假设负载RL的变化引起输出电压变化了ΔV O ，我们把负载RL变化引起的输出电压变化率叫做负载调整率，用ΔLoad表示，如下式：

举个例子，芯片A与芯片B用上图所示电路进行测试，初始条件都是V i =5V、V O =3.3V，将负载值RL进行相同大小的调整后，测得芯片A输出为3.4V，而芯片B输出为3.5V，

则芯片A的负载调整率是：

而芯片B的负载调整率是：

在理想状态下，我们希望无论负载是怎么变化的，输出都是恒定的，即ΔV为0，因此这个值是越小越好，因此芯片A的负载调整率要更好一些。严格地说，负载调整率=（满负载输出电压-半负载输出电压）/额定负载输出电压，这里只是为了说明负载调整率的意义。

下面我们看看，当输入电压波动时，电路是如何对输出进行调整的：

输入电压Vi上升时，由于V~~CE1~~还没来得及调整，因此输出VO势必会随Vi上升。

电阻R3、R4、RP1是对输出电压VO进行分压采集，因此三极管Q2的基极电位VB2相应也会上升，而Q2的发射极因为D1、R2提供稳定的参考电位V Z ，则有V ~~BE2~~ =V B2 -VZ上升，继而导致Q2的基极电流IB2与IC2相继上升。

三极管Q2的集电极IC2上升将导致Q2集电极电位VC2下降，则有Q1的发射结电压V ~~BE1~~ =V B1 -V E1 =V C2 -V E1 =V C2 -VO下降（记住前提条件，输出电压VO是上升的），Q1基极电极电流IB1与集电极电流IC1相继下降，继而V~~CE1~~上升将Vi的上升量抵消，从而将输出VO稳定在之前的输出电压值。