如何用LILO LDO 提高系统效率
扫描二维码
随时随地手机看文章
1.前言
LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器 。这是相对于传统的线性稳压器 来说的。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。
LDO 使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管（FET），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO通常使用功率管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。
2.LILO LDO的高效率
电源的高效率历来归因于开关控制器或转换器，而设计人员则认为线性稳压器 (LDO) 的效率很差。但线性稳压器拓扑结构已变为单 n 沟道 p 沟道 n 沟道 (NPN)/p 沟道 n 沟道 p 沟道 (PNP) 或 p 沟道金属氧化物半导体 (PMOS)/n 沟道 MOS (NMOS) 传输晶体管有助于实现非常低的压差。
便携式系统中出现了三种主要的电源趋势：降低总线电压、压缩电压转换和降低静态电流 (I Q )。这些趋势导致了低输入低输出 (LILO) LDO 的发展。
随着总线电压降低，LDO 的最低输入电压要求也随之降低。随着总线轨降至 1.5V 以下，传统的 LDO 拓扑开始达到其极限，因为输入电压轨为所有内部电路供电。逐渐降低的输入电压导致 LILO LDO 越来越受欢迎。
LILO LDO 使用 NMOS 传输晶体管和偏置轨来实现低压差。使用NMOS的优点通过晶体管是，它具有较低的漏极-源极电阻（[R DS（ON） ）比PMOS。它还需要一个正栅源电压 (VGS) 才能工作。由于这种拓扑结构，偏置轨由更高的电压供电，并为 LDO 的大部分内部电路供电，因此 LDO 可以在较低的输入电压下工作。
NMOS 晶体管的主要优点之一是低R DS(on)，与 PMOS 晶体管相比，它允许单位面积的压降更小，从而在保持小尺寸的同时实现更小的压降。图 1 显示了 NMOS LDO 的典型拓扑，从该图中可以看出，该 LDO 需要偏置引脚才能正常工作。
图 1：NMOS LDO 拓扑
正如我所说，LILO LDO 的两个优势是较低的输入电压和较低的压差。后一个优势可以提高效率，与开关模式电源的效率相当。对于所有电源，我们可以使用公式 1 作为输入和输出功率的函数来计算效率：
对于像TPS7A10 这样的 LILO LDO ，我们可以使用公式 2 计算效率，因为 LDO 同时具有偏置轨和输入电压轨：
(2)
如果负载电流远大于 I，则Q效率方程可以简化，如方程 3 所示：
(3)
我们可以看到，提高 LDO 效率的最快方法是通过降低压差使输入和输出电压更接近。
在便携式电子产品中，使用 LDO 供电的传感器很常见，因为开关转换器会产生太多噪声。设计人员将使用低 I Q LDO，相信它们会在负载脉冲时延长系统的电池寿命。这不一定是最有效的解决方案；然而，由于负载开启期间的大功率耗散会导致效率急剧下降。
图 2 显示了用于实现便携式系统的两种常见电源配置。一种使用通用低 I Q LDO，另一种使用低 I Q LILO LDO。比较两种解决方案之间的功耗，通用低 I Q LDO 的功耗为 2.7mW，而 LILO LDO 的功耗为 1.8mW（见表 1）。使用 LILO LDO 将效率从 55% 提高到 82%，即使LILO LDO的总 I Q更高。
图 2：低 I Q LDO 与 LILO LDO
表 1：效率计算
如我们所见，如果电池寿命和效率是我们的主要关注点，那么在便携式应用中实施 LILO LDO 有明显的好处。降低输入和输出电压之间的差异使这些 LDO 能够实现超过 80% 的效率。一旦理解了这一点，我们就可以为我们的应用选择合适的 LDO。
下载文档
