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半导体开放世界

低压差线性稳压器

Low-Dropout Regulator（LDO）也称 线性稳压器、低压差稳压器、series regulator、dropout voltage、PSRR、linear regulator

LDO用基准、误差放大器和串联调整管闭环控制输出，以低噪声和简单外围换取输入输出压差上的功耗与热。

专深出处 3 份资料
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速览

约 1 分钟

LDO不断比较输出分压与内部基准，驱动串联晶体管改变压降。输入必须高于输出加dropout余量；接近dropout时调整管没有足够控制空间，输出不再保持规定值。它能抑制部分输入纹波，但PSRR随频率、压差、负载和电容变化。

系统理解

约 2 分钟

LDO由基准、反馈分压、误差放大器、串联pass器件、输出电容和保护组成。环路把VFB拉向VREF；PMOS、NMOS或双极调整管决定驱动余度、dropout、静态电流和瞬态能力。

正常调节要求Vin−Vout大于当前负载、温度和工艺下的dropout。接近dropout时pass器件进入低余度区域，环路增益和带宽下降，线性/负载调整、PSRR与瞬态指标均会变化。效率近似Vout/Vin，损耗约(Vin−Vout)Iout加静态功耗，热设计决定可持续电流。

输出电容及ESR与内部极点零点共同决定稳定性；低ESR陶瓷并非对所有旧架构都安全。PSRR描述输入纹波向输出的衰减，输出噪声来自基准、放大器、电阻和pass器件，两者不能混为一项。

验证需覆盖输入/负载阶跃、dropout、启动、Cout/ESR、PSRR频率曲线、噪声积分、限流/短路、热关断、反向电流和掉电；数据手册典型曲线不能替代最坏PVT与板级热测量。

承接带隙基准、运算放大器、负反馈和MOSFET，向后连接PDN、模拟/时钟电源、ADC/DAC、启动时序和热可靠性。

公式提示

理想近似η≈Vout/Vin，Ppass≈(Vin−Vout)Iout；实际还要加入IQ、动态和保护损耗，并验证结温。

关键参数

关键参数
参数单位含义
Vin、Vout、Vdrop与IoutV / A限定调节余度
IQ、效率与耗散A / % / W决定轻载续航和热
Cout、ESR、环路带宽与相位裕量F / Ω / Hz / °决定稳定与瞬态
PSRR与输出噪声dB / V rms区分输入抑制和自身噪声
限流、热关断与反向电流A / °C / A定义保护边界

常见误区

  • 认为LDO输入只要略高于输出就始终稳压
  • 把高PSRR等同于低输出噪声
  • 只按电流额定值而不算热
  • 任意增大输出电容都能改善瞬态且保持稳定
  • 把限流或热关断当作可长期工作点

工程深入

12 条结论 · 1 道例题

闭环结构

定义

LDO用串联调整管闭环稳压

基准与输出分压的误差经放大后控制pass器件，使反馈点趋近参考。12

成立条件 环路处于调节区；反馈分压正确

机制

pass器件余度决定可调节范围

误差放大器必须能改变串联器件电阻；压差不足时器件进入低余度区并失去闭环控制。23

成立条件 负载和温度明确；驱动电压可用

Dropout与效率

边界

dropout不是与负载无关的固定常数

pass器件RDS(on)、驱动、温度和输出电流共同改变所需最小压差。12

成立条件 按最坏PVT和Iout；不只用典型值

公式

线性稳压效率受电压比约束

忽略静态电流时效率近似Vout/Vin，输入输出差额主要转化为热。12

η≈Vout/Vin; Ppass≈(Vin−Vout)Iout

Ppass
调整管耗散，单位 W

成立条件 Iin≈Iout；忽略IQ仅作上限

公式

5伏转3.3伏、0.5安时理想耗散0.85瓦

教学例展示电流不大时线性压降仍可能形成显著热。12

P=(5−3.3)·0.5=0.85 W; η≈3.3/5=66%

P
理想调整管耗散，单位 W

成立条件 Vin=5 V；Vout=3.3 V；Iout=0.5 A；忽略IQ

例题：动手算一次教学假设，可复算

5 V输入、3.3 V/0.5 A输出的LDO理想耗散和效率？

已知

  1. Vin=5 V
  2. Vout=3.3 V
  3. Iout=0.5 A

步骤

  1. P=(5−3.3)×0.5=0.85 W，压差乘电流。
  2. η=3.3/5=66%，忽略IQ的上限。
结果 0.85 W，约66%。

必须检查板级结温。

不能外推到 实际还含IQ、瞬态和温度依赖。

稳定与瞬态

机制

输出电容与ESR进入控制环

Cout、负载和ESR改变输出极点与零点，必须满足具体LDO的容量和ESR窗口。12

成立条件 包含有效容量；覆盖负载范围

边界

接近dropout会恶化负载瞬态

环路增益和带宽下降后，负载阶跃产生更深下陷和更慢恢复，即使稳态输出尚接近标称。23

成立条件 比较相同阶跃；记录Vin−Vout

噪声与PSRR

定义

PSRR描述输入纹波到输出的衰减

PSRR随频率、压差、负载、Cout和环路增益变化，不能由单一低频数值代表。12

成立条件 纹波频率与幅度明确；输出测量噪声足够低

边界

高PSRR不等于低输出噪声

PSRR针对输入扰动，自身噪声来自基准、放大器、电阻和pass器件，两项需独立积分和验证。12

成立条件 统一带宽；区分输入有无纹波

热与保护

机制

封装和PCB热阻限制持续输出

即使电气额定电流足够，压差耗散造成的结温也可能触发降额或热关断。12

成立条件 使用板级热环境；考虑环境温度

边界

限流和热关断不是正常工作点

保护用于短时避免损坏，长期反复触发会造成输出不确定、热循环和可靠性风险。12

成立条件 故障持续时间受控；系统响应已定义

系统边界

关联

LDO可后置于Buck清理敏感电源

Buck承担高效大压差转换，LDO提供额外纹波抑制；所需headroom、热和两环相互作用仍要验证。12

成立条件 LDO保持调节余度；上游纹波频率在PSRR能力内

出处

3 份资料 · 3 处引用
  1. 1
  2. 2
  3. 3

    LDO Performance Near Dropout

    Texas Instruments · 2025

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