【经验】以圣邦微SGM2202说明LDO选型设计要点

时间： 2020-09-11 来源：世强

技术问答

如下图，假如有一个电池5V，一个LED灯的驱动电压为2.5V，不能直接把灯接到电池上，因为5V的电压对于灯来说过高会直接把灯烧坏，因此必须串联一个电阻，而且这个电阻的设计原则是在保证灯的亮度下承担“过剩”的电压，也就是5V-2.5V=2.5V。（具体这个电阻阻值怎么算：假如灯需要流过5mA的电流，那么根据串联电路中各个点的电流相同可知，电阻流过的电流也为5mA，根据欧姆定律，电阻阻值R=2.5V/5mA=0.5KΩ。）

在如上的理解中，5V供对负载LED灯进行驱动的过程为“降压”，而电阻“承担剩余压降”，这个作用就是LDO要达到的效果，就像现在找到一个输出电压为2.5V的LDO，我们可以做到如下图（为了避免干扰，暂不放入限流电阻）。

为什么不直接用电阻而需要使用LDO

因为把电池换为9V的电池时，为了承担“剩余电压 9-2.5=6.5V”，必须更换一个更大的电阻以“承担剩余电压”，而LDO芯片内部会自我反馈调节，依然稳定输出2.5V。实际上，LDO是通过输入和输出之间串联晶体管电路来实现降压功能，该晶体管电路工作在其“电压 - 电流特性曲线”的线性区，起到可变电阻的作用，因此也叫线性调整器。

如上图，过剩电压Vin - Vout 的差值通常称为LDO的压差，显而易见，Vout是由Vin去掉被分担的过剩电压后得到值，因此Vout一定小于Vin，这就如同于有一盆水要分给一个小杯子，必须用另外一个盆子去装剩余的水。

应当注意，并没有正式的规定压差值为多少时可以称线性调整器为低压差，一般认为最小压降为200mV甚至更低才能成为低压差线性调整器，即LDO。

为什么LDO的效率会比DC-DC低

LDO：有一盆水要分给一个小杯子，必须用另外一个盆子去装剩余的水；

DC-DC：有一盆水要分给一个小杯子，用一个水龙头，通过调节水龙头开关大小，直到小水杯的水刚好为想要的量。

实际上，DC-DC的晶体管电路处于开关状态，它将能量一点点给予到输出，如同一个车挤满了人，一辆辆大巴一趟又一趟地将人群输送到目的地。而LDO的晶体管电路处于放大状态，因此输出不需要用到的能量必须由晶体管电路进行承担消耗，由此这也就可以理解DC-DC的能量转化比较高，因为它分为多次传送，理想状态下不需要中间额外的消耗。因此对于转化效率要求比较高的设计中，选用DC-DC会更加靠谱，比如DC 220V的电压，想要降为2.5V给LED灯，当使用LDO时，有220-2.5=217.5V的剩余电压额外消耗，此时流过的电流5mA，则功率为217.5*5=1.087W，该功率以热量消耗掉，LDO会发烫！

射频应用中LDO选型的关键

射频应用中，电源纹波会直接影响到信号质量，进而产品在连接网络时通信距离、收发成功率、灵敏度等都会直观地影响到用户体验。因此，对于射频应用，务必留意电源抑制比(PSRR)、输出噪声和精度，笔者在一款ZigBee产品中，就因为成本因素选型了一款PSRR较低的LDO，导致量产的产品中联网不良率达3%。后来更换了圣邦微SMG2202(PSRR 55SRR 55db，输出电压精度±2.5%)彻底解决该问题。

低功耗应用中的LDO

对于低功耗应用，能效成为一个重要的考究点，在大电流应用中，首选DC-DC方案，但对于μA级别尚且能提供高效率的DC-DC方案中，价格成本会比较高、例如TI的TPS62745，漏电流低于400nA，并且可在10μA级别仍保持85%的效率，官网价格较高。如果采用LDO，那么漏电流、低压差这两个参数务必细致考究。圣邦微的SGM2034，漏电流为1.0μA，Vout=5.0V，压差仅为0.09V，就是一个很好的选择。

更多LDO考究点

除了射频、低功耗应用中比较关键的考究点之外，一个良好的LDO选型还应该考究的参数有：裕量电压、接地电流、关断电流、效率、直流输入电压和负载调整率、输入电压和负载瞬态响应。在拿到一份datasheet的时候，里面标注的任何参数都有它的考究因素，因此务必对每个参数有透彻的理解，不能仅仅考虑到成本、交期，这样的做法迟早会埋下质量问题的伏笔。