为什么你总用不好LDO？

　　1.为什么总是输出不了设定的5V？
　　采用固定输出5V的LDO，输入给5.5V，输出为什么小于5V？注意dropout这个参数，这是LDO能做到的最小压降。当输入无限接近输出电压，此时LDO内部MOS 处于饱和区，变成直通的状态，MOS管的导通电阻几乎到达最小值，如果对应负载的dropout是大于0.5V的（注意dropout会随着输出电流的增加而增大），输出就会小于5V啦！
　　2.为什么总是这么烫？
　　LDO主要的功耗来自于内部的MOS管上的压差与输出电流的乘积。压差越大，电流越大，功耗越大，因此芯片就会越烫。
　　3.为什么到不了800mA？
　　接上个问题继续讨论，为什么LDO规格是800mA 在实际应用的时候却到不了800mA？这是因为这个规格的定义是指LDO正常工作下能够输出的最大电流。然而不同应用场景对于LDO的最大工作温度要求是不一样的，因此对于LDO的功耗限制就不同。举个例子LM1117（ TO-263 ，注意不同封装的热阻参数不同）：
　　对于VIN=12V，VOUT=5V，最大工作温度85℃，LM1117最大能输出多大电流呢？
　　Tc（max） =TJ - PD* JθC ， PD=（VIN-VOUT）*IOUT ， 这里粗略估计PD（实际还包括VIN×Iground）
　　根据 JθC=44.1℃/W（参考LM1117规格书），对于Tc（max）=85℃，可得到IOUT最大为0.21A，保留一定裕量后建议输出负载不超过150mA，通常我们实际测试在85℃的温箱环境中，用热电偶测量壳温以JθC参数来验证是否可行。
　　注：
　　Tj（Junction Temperature）：芯片的硅核温度
　　Ta （Ambient Air Temperature）：芯片周围的空气温度
　　Tc（Package Case Temperature）：芯片封装表面温度
　　Tb（Ambient board Temperature）：安装芯片的PCB表面温度
　　热阻JθA：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热阻。
　　热阻JθC：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，这个是最常用和有用的热阻。
　　热阻JθB：芯片的结与PCB板间的热阻。
　　4.噪声哪里来的？
　　LDO内部的MOS是不会开关的，因此LDO没有开关噪声。LDO内部主要由MOS和EA误差放大器构成，我们知道运放是存在噪声的，因此LDO的噪声源之一是来自于内部的EA。另外LDO内部的基准、电阻等也会有噪声。

　　一般低噪声的LDO都具有名为“NR/SS”的特殊引脚此引脚具有双重功能：可用于过滤内部电压基准产生的噪声并 能降低 LDO 启动或使能期间的转换率。在此引脚上添加电容器 （CNR/SS） 将形成具有内部电阻的阻容 （RC） 滤波器，帮助分流由电压基准生成的不需要的噪声。

　　另外在使用前馈电容器可调 LDO 时添加前馈电容也能够改善噪声性能、稳定 性、负载响应和电源抑制比 （PSRR）。
　　5.输出电容怎么选？
　　总会有个错觉，输出电容越大越好，越大越稳定。然而无论对于什么器件而言，这都是错误的想法！
　　对于没有软起动的LDO。如果输出电容过大，启动瞬间会有大电流为了稳压给输出电容充电，启动电流大。
　　从稳定性来说，老的LDO在设计的时候我们会在手册中看到有注明配置电容ESR的稳定性（stable）范围的描述，需要按照手册执行电路设计，保障LDO输出的稳定性。这是因为电容的ESR 决定EA负反馈的零点，ESR过大过小都容易导致LDO切换负载时发生震荡。但是现在的LDO内部环路设计越来越好，因此现在的LDO手册里很少有看到对输出电容ESR有要求的相关描述了。
　　另外，LDO把输入电荷搬运到输出电荷，Q=I*T ，Q=C*U，保证输入输出的C*U是对称的，输出电容满足Cout》Cin*Uin/Uout是比较好的设计。
　　6.启动电流为什么这么大？
　　因为启动瞬间，输入5V要快速建立输出电压3.3.V，环路控制内部MOS导通，启动到输出稳压的过程中LDO内部MOS从饱和区进入非线性电阻区，因此启动电流定性粗略估计是Vin/Rds。（Rds为内部MOS导通压降）。
　　7.为什么输出有过冲？
　　输出的调节与LDO内部EA有关，内部EA的响应能力与自身的Aol相关。我们可以看到一般对于LDO来说，Iq小的LDO，内部EA的Aol偏小，因此其响应能力不强（除非针对性设计）。而有的LDO为了在某些特定应用下防止输出过冲，会在EA的反馈端加RC做软启动。
　　深入理解LDO的Line Transient
　　8.输入小于输出到底行不行？
　　行！这个时候LDO内部MOS直通，输出会比输入小一个Vdrop的压降。器件的应用灵活多变，只要满足系统设计没什么不行的，只是这种用法比较少见。
　　9.LDO能不能限流？
　　LDO 中的电流限制定义为，建立所施加电流的上限。与恒流源不同，LDO 按需输出电流，同时还会控制调节的总功率。电流限制通过用于控制 LDO 内输出级晶体管的内部电路实现。

　　上图是一种典型的LDO 内部限流结构，由于达到限值后该电路 会突然停止输出电流，通常被称为“砖墙”电流限制。此内部电路中，LDO 测量反馈的输出电压，同时测量输出电流相对于内部基准 （IREF） 的缩放镜像。在砖墙电流限制中，已定义电流上限，LDO 会逐渐增大供应电 流，直至达到电流限制。一旦超过电流限制，输出电压不再进，行调节，并由负载电路的电阻 （RLOAD） 和输出电流限制 （ILIMIT） 确定：VOUT = I LIMIT ×RLOAD。



原作者：模拟应用工程师 模拟世界的搬运工

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