原标题：LDO的基础知识以及如何应用它们来延长便携式和可穿戴设备的电池寿命

　　现代电子设备变得越来越小，越来越便携。智能手表、健身追踪器、安全系统和物联网 (IoT) 设备越来越多地使用电池供电。因此，他们需要高效的电源稳压器，从每次充电中压缩每毫瓦的功率，以使设备工作更长时间。它们还必须以最小的温升运行。传统的线性稳压器和开关模式电源稳压器无法轻松达到这些便携式设备所需的效率。此外，开关模式电源稳压器还受到噪声和瞬态电压的影响。

　　低压差稳压器 (LDO) 是线性稳压器和开关稳压器系列的最新成员，它利用稳压器两端极低的压降运行，以提高效率并降低热耗散。LDO 的变体非常适合中低功率应用，它们可以采用小至 3 × 3 × 0.6 毫米 (mm) 的封装。提供具有固定或可调输出电压的版本，以及一些通过输出使能线进行开关控制的版本。

　　本文探讨了低压差稳压器的基础知识以及它们相对于传统线性和开关模式电源稳压器的关键特性。然后介绍了Diodes Incorporated的真实 LDO 器件，并展示了它们的应用方式。

　　什么是 LDO稳压器?

　　稳压器的功能是在负载和电源电压发生变化的情况下保持恒定的输出电压。传统的稳压器电路使用线性或开关模式设计。LDO 稳压器属于线性稳压器类别，但在输入和输出端子之间的电压非常低。与所有线性稳压器一样，LDO 基于反馈控制环路(图 1)。

　　图 1：LDO 稳压器基于压控反馈电路。串联传输器件可以是 PMOS、NMOS 或 PNP 双极晶体管，其作用类似于压控电阻。(图片来源：Diodes 公司)

　　LDO 稳压器通过一个可调整输出电平的电阻分压器来检测输出电压。缩放后的输出电压被施加到误差放大器，在此与参考电压进行比较。误差放大器驱动串联传输器件以在输出端保持所需的电压。输入和输出电压之间的差是压差电压，它出现在传输器件上。

　　LDO 中的串联传输器件就像一个电压可变电阻器。串联通路器件可以是P沟道金属氧化物半导体(PMOS)、N沟道金属氧化物半导体(NMOS)或PNP双极晶体管。PMOS 和 PNP 器件可以被驱动到饱和状态，从而最大限度地降低压差。在 PMOS 场效应晶体管 (FET) 的情况下，压差电压大约是通道导通电阻 (R DSON ) 乘以输出电流。虽然这些器件中的每一个都有优点和缺点，但 PMOS 器件被证明具有最低的实施成本。二极管公司AP7361EA系列正输出 LDO 稳压器使用 PMOS 通路器件，在 1 安培 (A) 负载电流下实现 3.3 伏输出的压差约为 360 毫伏 (mV)，电压精度为 ±1%(图2)。

　　图 2：显示的是 AP7361EA 系列 3.3 伏 LDO 的压差与三种不同温度下输出电流的函数关系图。(图片来源：Diodes 公司)

　　作为输出电流函数的压差图显示了每个温度的恒定斜率，表明其电阻性质。压差电压在一定程度上取决于温度，其电平随温度升高而增加。请注意，LDO 的压差远低于传统线性电源稳压器的压差，后者的压差约为 2 伏。

　　请注意，图 1 中的输出电容器具有其固有的有效串联电阻 (ESR)，它会影响稳压器的稳定性。所选电容器的 ESR 应低于 10 欧姆 (Ω)，以保证在 -40° 至 +85°C 的整个工作温度范围内的稳定性。建议的电容器类型包括多层陶瓷电容器 (MLCC)、固态 E-CAP 和值超过 2.2 微法 (mF) 的钽电容器。

　　静态电流 I Q表示 LDO 在空载时从电源汲取的电流。静态电流为 LDO 内部电路供电，例如误差放大器和输出分压器。在电池供电的设备中，静态电流会影响电池的放电率，通常设计得越低越好。Diodes Incorporated AP7361EA 系列的典型 I Q为 68 mA。

　　AP7361EA 系列 LDO

　　AP7361EA 系列包括三种可供选择的电路配置，如图 3 所示。

　　图 3：AP7361EA 系列提供固定或可调输出电压器件，带或不带启用控制。(图片来源：Diodes 公司)

　　AP7361EA 系列包括具有固定或可调输出电压的版本。固定电压版本具有内部分压器，并提供 1.0、1.2、1.5、1.8、2.5、2.8 或 3.3 伏的输出电压电平。可调输出设备需要用户提供的外部分压器，输出电压范围为 0.8 至 5 伏。所有版本的输出电压精度规格为 ± 1%，输入电压范围为 2.2 至 6 伏。

　　固定或可调版本可以包括启用控制线 (EN)。AP7361EA 通过将 EN 引脚设置为高电平来开启，通过将其拉低来关闭。如果不使用此功能，则 EN 引脚应连接到输入引脚 (IN) 以始终保持稳压器输出开启。启用线的响应时间约为 200 微秒 (ms) 开启和 50 毫秒关闭。

　　AP7361EA 器件之间的另一个显着区别是物理封装。它采用 U-DFN3030-8(E 型)、SOT89-5、SOT223、TO252 (DPAK) 和 SO-8EP 封装。

　　表 1 显示了一些 AP7361EA 产品示例的比较，包括固定(AP7361EA-33DR-13、AP7361EA-10ER-13)和可调(AP7361EA-FGE-7、AP7361EA-SPR-13)版本。

　　表 1：AP7361EA 固定和可调电压配置示例。(表格来源：Art Pini，使用来自 Diodes Inc. 的数据)

　　AP7361EA 系列器件均具有短路和过流保护。如果输出电流超过电流限值(通常为 1.5 A)，则短路和过流保护具有 400 毫安 (mA) 的折返电流限值。当器件的结温升至标称 150°C 时会发生热关断，当器件的结温升高到标称值 150°C 时会恢复运行它降至约 130°C 以下。

　　负载和线路调节

　　负载调整率描述了 LDO 在输出负载电流发生变化的情况下保持其输出电压的能力。这在电池供电的便携式设备中很重要，在这些设备中，控制器通常会在子系统不使用时关闭它们。AP7361EA LDO 系列的最大额定负载调节率为 1.5%，输出电平为 1 至 1.2 伏，输出电平为 1%，输出电平为 1.2 至 3.3 伏(图 4)。

　　图 4：3.3 伏输出的负载调节图示例。对于 3.3 伏标称输出，最大输出变化约为 0.15% 或约 5.0 mV，负载变化范围为 100 至 500 mA。(图片来源：Diodes 公司)

　　负载调节率计算为最大输出电压变化与标称输出电压的比率。在上述示例中，对于 100 mA 至 500 mA 的负载变化，最大输出变化约为 5.0 mV。因此，负载调整率为 0.005/3.3 或 0.15%

　　线路变化指定每伏输出的源电压变化的输出变化。AP7361EA 系列在室温下的最大线路调节规范为每伏特 0.1% (%/V)，在整个温度范围内为 0.2%/V。对于 3.3 伏输出，1 伏的输入电平变化应具有小于标称 3.3 伏输出的 0.33% 的输出电平变化(图 5)。

　　图 5：所示为以 3.3 伏输出运行的 AP7361EA 的线路调节图。输入电压从 4.3 到 5.3 伏的变化会导致输出电压发生 0.05% 的变化。(图片来源：Diodes 公司)

　　图 5 显示了 LDO 的线路调节特性。源电压从 4.3 到 5.3 伏的变化会导致输出电平发生 0.05% 的变化，即大约 1.65 mV。

　　请注意，在线路和负载变化条件下，输出显示从瞬态事件中快速恢复。在重新启动便携式设备中的过程时，这很重要，因为在重新启动静音电路之前，电源总线必须启动并正常工作。

　　电源抑制比

　　LDO 是线性电路，产生的噪声比开关模式电源 (SMPS) 或电源转换器要小得多。在许多应用中，在电路板上本地使用 LDO，但电源是 SMPS。由于 LDO 内的控制系统，它倾向于抑制来自输入电源的噪声和纹波。这种噪声抑制的衡量标准是电源抑制比 (PSRR)(图 6)。

　　图 6：PSRR 是根据在 LDO 的输入和输出处测量的交流信号计算得出的。(图片来源：Diodes 公司)

　　PSRR 是根据输入交流分量与输出交流分量的比率计算得出的，如图 6 所示。AP7361EA 系列中的 PSRR 与频率有关，随着频率的增加而降低。PSRR 在 1 千赫兹 (kHz) 下为 75 分贝 (dB)，在 10 kHz 频率下降至 55 dB。75 dB 代表超过 5600:1 的衰减。1 kHz 的 10 mV 纹波或噪声信号将衰减至约 1.7 微伏 (µV)。

　　应用示例

　　可调输出 LDO 的典型应用如图 7 所示。它包括一个类似于 AP7361EA-SPR-13 的输出使能，以及一个外部输出分压器。

　　图 7：使用需要外部输出分压器的可调输出 LDO 的示例。等式(右下)显示了电阻器 R1 和 R2 之间的关系，以获得所需的输出电压和内部参考电压。(图片来源：Diodes 公司)

　　电阻分压电阻值可以使用图 7 右下方所示的公式计算。R2 的值应保持在小于 80 kΩ (kΩ) 以确保内部电压基准的稳定性。对于 2.4 伏的输出，参考电压为 0.8 伏且 R2 等于 61.9 kΩ，R1 的值为 123.8 kΩ。一个 124 kΩ、1% 的电阻器将是合适的。

　　结论

　　LDO 是线性稳压器，可在输入和输出两端的低电压差和低静态电流下运行。它们提供高功率效率、低噪音和小尺寸。它们特别适用于电池供电的便携式设备，可延长电池寿命并提高可靠性。