[分享] LDO基础知识：电源抑制比的作用及影响因素

在电子产品设计中，低压差线性稳压器（LDO）是最常用的电源芯片之一，经常用在开关电源的后级。大家有没有想过为什么将 LDO 用在开关电源的后级呢？其实最主要的原因就是 LDO 可以衰减开关电源产生的纹波，而衰减开关电源纹波的主要参数就是 LDO 电源抑制比——PSRR。

 

一、什么是 LDO 的 PSRR？

PSRR 是 LDO 的主要参数之一，在各厂商 LDO 的数据手册中都可以找到这一参数，PSRR 规定了在某个频率下叠加的交流信号从 LDO 输入到输出的衰减程度。PSRR 的为：

 

 

该公式的含义是衰减越高，PSRR 值就越高。（注意：有些供应商会使用负号来表示衰减）

接下来看一下如何使用 PSRR 参数来减小开关电源的纹波。

 

二、LDO PSRR 的作用及如何确定

如图 1 所示，是电子产品中常见的电源拓扑结构——开关电源 + LDO，开关电源（Buck 电路）将 12V 输入电源降压为 4.3V，纹波达到±50mV；LDO（TPS717）则进一步调节输出电压为 3.3V。LDO 的 PSRR 将决定 3.3V 输出电压的纹波。

 

 
图 1 使用 LDO 来过滤开关噪声

根据 LDO PSRR 的定义，为了确定输出纹波的衰减程度，首先要确定开关电源输出纹波的频率。假设这个例子频率为 1MHz，需查看 LDO 的 PSRR-频率曲线，如图 2 所示。

 

 
图 2 VIN – VOUT = 1V 时，TPS717 的 PSRR 曲线

在下列条件下，1MHz 时的 PSRR 指定为 45dB：

IOUT = 150mA
VIN – VOUT = 1V
COUT = 1μF

在这种情况下，45dB 相当于 178 的衰减系数，可以计算出 LDO 输入端的±50mV 纹波在输出端被压缩至±281μV。

 

三、影响 LDO PSRR 的因素

3.1 VIN – VOUT 对 LDO PSRR 的影响
假设将 VIN – VOUT 降至 250mV，这时需要查看图 3 中的曲线。

 

 
图 3 VIN – VOUT = 0.25V 时，TPS717 的 PSRR 曲线

可以看到，在其他条件保持不变的情况下，1MHz 时的 PSRR 降至 23dB，也就是衰减系数为 14。这是由于 LDO 内部的 CMOS 元件进入线性区域，也就是说，随着 VIN – VOUT 接近 LDO 的内部压差，PSRR 开始下降。

 

LDO 内部压差，是指 LDO 的内阻与输出电流的乘积（当然还有其他影响因素），降低内部压差有助于提高 LDO 的 PSRR，进一步来说，减小输出电流有助于提高 LDO 的 PSRR。

 

3.2 输出电容对 LDO PSRR 的影响

改变输出电容也会影响 LDO 的 PSRR，如图 4 所示。

 

 
图 4 VIN – VOUT = 0.25V，COUT =10μF 时，TPS717 的 PSRR 曲线

将输出电容从 1μF 增加到 10μF，VIN-VOUT 仍保持在 250mV，1MHz 时的 PSRR 增加到了 42dB。曲线中的高频峰已经向左移动，这是由于输出电容器的阻抗特性导致的。通过适当调整输出电容的大小，可以提高衰减系数。

 

3.3 其他影响因素

通过调整 VIN – VOUT 和输出电容，就可以改善特定应用的 PSRR。除此之外，还有其他的影响因素。各种因素的汇总如表 1 所示。

 
表 1：影响 LDO PSRR 的因素

表中“+”代表正向影响程度。

 

关于 LDO PSRR 的更多信息，也可以参考 TI 的官方文档：LDO PSRR Measurement Simplified