3、LDO选型与设计：选型要点、外围电容选择、热设计、实例计算
LDO，低压差线性稳压器，这玩意儿在电源设计里太常见了。说实话，很多新手觉得它简单，不就是输入输出加俩电容嘛。但我在项目中吃过亏，有一次选型没注意静态电流，电池供电的设备待机时间直接砍半。嗯，今天咱们就把LDO的选型、外围电路和热设计掰开揉碎了讲清楚。
3.1 选型要点：别只看输出电压
很多人选LDO，第一眼就看输出电压对不对。这当然没错，但远远不够。我个人习惯，拿到一个LDO型号，先看四个核心参数。
3.1.1 压差（Dropout Voltage）
压差是LDO能正常工作的最小输入输出电压差。比如你输出3.3V，输入只有3.5V，那压差必须小于0.2V。普通LDO压差可能0.5V甚至1V，这时候就得上低压差LDO了。我建议你留点余量，别卡着极限值选。
3.1.2 静态电流（Iq）
静态电流是LDO自身消耗的电流。电池供电的设备，Iq是重中之重。我记得有一次做手持设备，选了颗Iq=100μA的LDO，后来发现待机电流超标。换成Iq=1μA的型号，问题直接解决。你想想看，100μA和1μA，差了两个数量级。
3.1.3 电源抑制比（PSRR）
PSRR衡量LDO对输入纹波的抑制能力。射频电路、模拟电路对电源噪声敏感，PSRR至少要60dB以上。我一般会看数据手册里的PSRR vs 频率曲线，高频段的抑制能力往往更关键。
3.1.4 输出噪声
输出噪声是LDO自身产生的噪声。给ADC、PLL供电时，低噪声LDO是刚需。有些LDO输出噪声能做到10μVrms以下，但价格也上去了。怎么取舍？看你的负载要求。
选型速查表
| 应用场景 | 关键参数 | 推荐值 |
|---|---|---|
| 电池供电设备 | 静态电流 | < 10μA |
| 射频/模拟电路 | PSRR | > 60dB @ 1kHz |
| 高精度ADC | 输出噪声 | < 30μVrms |
| 通用数字电路 | 压差 | < 0.3V |
3.2 外围电容选择：别小看这两个电容
LDO外围就两个电容：输入电容和输出电容。但选不对，轻则纹波大，重则振荡。我曾经遇到过，输出电容ESR太大，LDO直接自激振荡，输出波形像锯齿一样。
3.2.1 输入电容
输入电容的作用是滤除输入噪声，同时提供瞬态电流。我一般选10μF陶瓷电容，靠近LDO输入引脚放置。如果输入线比较长，再加一个0.1μF小电容。注意陶瓷电容的DC偏压特性，10μF的电容在10V偏压下可能只剩4μF。
3.2.2 输出电容
输出电容直接影响LDO的稳定性。不同LDO对输出电容的ESR有要求。有的要求ESR在0.1Ω到1Ω之间，有的要求ESR小于0.5Ω。我建议你仔细看数据手册，别想当然。
我的经验：输出电容的容值不要太小。我一般选10μF起步，如果负载电流大，会选22μF甚至47μF。容值大一点，瞬态响应更好，但启动时间会变长。这是个取舍。
3.2.3 电容类型选择
陶瓷电容ESR低，适合大多数LDO。但有些老式LDO需要钽电容提供足够的ESR。我建议优先选陶瓷电容，体积小、寿命长。如果必须用钽电容，注意耐压要留50%以上的余量，钽电容耐压不足容易起火。
警告：输出电容的容值和ESR必须落在LDO数据手册规定的稳定区域内。否则LDO可能振荡，输出纹波会急剧增大。我曾经吃过这个亏，后来每次选型都先查稳定区域图。
3.3 热设计：LDO的散热是门学问
LDO是线性稳压器，效率低，发热大。热设计做不好，芯片分分钟过热保护。我见过有人用SOT-23封装的LDO带500mA负载，结果芯片温度直奔150°C。
3.3.1 功耗计算
LDO的功耗很简单：P = (VIN - VOUT) × IOUT。比如输入5V，输出3.3V，电流500mA，功耗就是(5-3.3)×0.5=0.85W。这0.85W全变成热量了。
3.3.2 结温计算
结温计算公式：TJ = TA + P × θJA。θJA是结到环境的热阻，数据手册里会给出。比如θJA=100°C/W，功耗0.85W，环境温度50°C，结温就是50+0.85×100=135°C。很多LDO最高结温125°C，这已经超了。
热设计要点
- 优先选大封装，SOT-223比SOT-23散热好很多
- PCB上铺铜散热，顶层底层都铺，加过孔
- 如果功耗大，考虑加散热片或换DC-DC
- 结温留20°C以上的余量
3.4 实例计算：手把手带你走一遍
咱们来个实际例子。假设要给一个STM32系统供电，需求如下：
- 输出电压：3.3V
- 最大负载电流：300mA
- 输入电压：5V ± 5%
- 环境温度：最高60°C
- 要求低噪声，给ADC供电
3.4.1 选型
根据需求，我选了AMS1117-3.3。压差1.3V，5V输入时没问题。静态电流5mA，不算低，但STM32系统待机电流本身不小，可以接受。PSRR约60dB @ 1kHz，够用。输出噪声40μVrms，对一般ADC够了。
3.4.2 外围电容
输入电容：10μF陶瓷电容 + 0.1μF去耦电容。输出电容：22μF陶瓷电容，ESR约0.01Ω，在AMS1117的稳定范围内。
3.4.3 热设计验证
功耗：P = (5 - 3.3) × 0.3 = 0.51W。AMS1117的SOT-223封装，θJA约90°C/W（取决于PCB铜面积）。结温：TJ = 60 + 0.51 × 90 = 105.9°C。AMS1117最高结温125°C，余量约20°C，可以接受。如果环境温度更高或负载更大，就得换更大封装或加散热措施。
我的建议：实际做板子时，我会在LDO附近留一个热敏电阻焊盘，方便测试时监控温度。别问我为什么，问就是被烫过手指。
3.4.4 验证结果
实际测试，输出3.3V，纹波约5mVpp，满载时LDO表面温度约85°C（环境25°C）。一切正常。如果纹波超标，我会检查输出电容的ESR和布局。如果温度超标，我会加大铜面积或加散热片。
好了，LDO选型与设计就讲到这里。说白了，选型看参数，外围看电容，热设计看功耗。把这三点吃透了，LDO设计基本不会翻车。下一章咱们聊聊DC-DC的选型，那个坑更多，到时候再细说。