傳統(tǒng)的DC-DC一般要求輸入輸出的壓差在2～3V以上，隨著時代的發(fā)展，這樣的條件已經不能滿足實際應用的需要。例如在無線通信領域，GPRS模塊常用到的電壓是4V，經常是通過5V轉換而來，輸入輸出的壓差需低至1V。針對這樣的情況，于是LDO(Low dropout regulator)應運而生。

相對DC-DC而言，LDO的優(yōu)點是噪音低，靜態(tài)電流小。很多DC-DC在外圍電路里還需要有電感和續(xù)流二極管，而LDO的典型電路非常簡單，很多LDO只需在輸入端及輸出端各接一顆旁路電容就能夠穩(wěn)定工作，對于節(jié)省PCB的布局空間也很有優(yōu)勢。Ricoh推出的很多LDO，還具有如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等其它的功能。

很多硬件工程師在LDO的應用中主要考慮輸入電壓范圍，輸出電壓和電流、壓差、紋波、功耗、靜態(tài)電流等，然而往往會忽略一個很重要的參數：負載調整率。本文就筆者在應用Ricoh的RP170N401B時由于忽視了負載調整率而來帶的問題，并最終通過改進設計得到解決的過程，分享自己的一些經驗。

問題描述

筆者的電路如圖1所示，系統(tǒng)12V轉為5V，5V轉換成3.3V和4V分別供MCU和通信模塊。由于通信模塊是定時打開和關閉的，使用中發(fā)現(xiàn)只要U12(RP170N401B)的使能腳為低電平，系統(tǒng)就能正常工作，在MOD_EN拉高時，整個系統(tǒng)則被復位。

圖1：筆者設計的最初版原理圖

問題分析

筆者最初是懷疑4V后端的電路短路，導致5V電源被拉底，但由于6臺樣機均會發(fā)生這個問題，4V短路的可能性被排除。實際上在電路中還有看門狗兼電源監(jiān)控的設計，如圖2所示，問題就發(fā)生在這里，其中的PW_EN腳直接控制5V轉3.3V的LDO芯片。

圖2：看門狗電路

筆者首先測量了系統(tǒng)各個電源在MOD_EN被拉高時的波形，得到波形如圖3所示。

圖3：系統(tǒng)各電源波形

波形分析：圖中從上至下依次為12V、5V、4V、3.3V波形，圖中3.3V被拉低了184ms，需要進一步看一下5V和4V電源線上的尖峰細節(jié)。將以上波形進行放大后，得到如圖4所示波形圖。

圖4：系統(tǒng)各電源波形放大

波形分析：圖中從上至下依次為12V、5V、4V、3.3V波形細節(jié)。圖中5V電壓被拉至2.3V，此電壓低于2.63V時706會輸出200mS復位信號。實測時間184mS，在測量的誤差范圍內，與706的電源監(jiān)控復位時間相近，可繼續(xù)監(jiān)測706的復位信號，得到如圖5、6所示波形。

圖5：看門狗706的復位信號

波形分析：圖中從上至下依次為12V、5V、4V、PW_EN波形細節(jié)。4V跳變的瞬間，RST輸出了低電平復位信號，將5V轉3.3V的LDO使能腳拉底。

圖6：復位波形細節(jié)

波形分析：在5V跌落后回升至3V前，看門狗706即輸出了低電平復位信號，且復位信號分兩段，在電源電壓2.65V前后出現(xiàn)拐點，拐點前的跌落波形是隨5V電源電壓同步跌落;而拐點后的下降波形是看門狗芯片706監(jiān)測到電源電壓低于2.63V輸出的復位信號。

圖7：RP170N401B手冊上的負載調整率

通過查看RP170N401B的器件手冊，發(fā)現(xiàn)其在負載突然變大時，輸出電壓由于不能及時調整而有瞬間的跌落。對應到系統(tǒng)中，在使能4V電源LDO使能端的瞬間，因LDO后端有負載，瞬間電流的沖擊，使得LDO輸入和輸出均有一定瞬間壓降，系統(tǒng)把12V拉低至9.6V，更嚴重的是在50us內把5V電平拉低至2.6V以下，4.7V拉低到2.6V以下，引起電源監(jiān)控芯片706輸出復位信號，從而導致文頭所述系統(tǒng)重啟現(xiàn)象。

改進方案

從圖7可見，當調整LDO輸出的電容值時，其電壓跌落也會變得平緩，同時采取了以下兩個辦法：

1)LDO輸出串聯(lián)電感，通過電感的飽和電流來抑制芯片啟動時的瞬態(tài)大電流。

2)調整LDO輸入輸出兩端的電容的拓撲結構，通過電容儲能來消除跌落。

圖8：改進后的電路

LDO的負載變化率也是十分重要的參數，這往往也是設計中的一個盲區(qū)。最終筆者的電路如圖8所示，增加了電感L1，C77調整到1000uF，重啟的現(xiàn)象也成功解決。

經驗總結

在LDO芯片的應用中，負載調整率也是一個很重要的參數，在新產品設計的選型之初就應當重視這個參數。對老產品已經使用的芯片，當其負載調整率不能滿足實際使用的要求時，通過控制后端負載電路的瞬間功率、調整LDO級聯(lián)的拓撲結構等方法，可以使得電源設計滿足系統(tǒng)要求，從而使產品穩(wěn)定可靠地運行。