前言
本文以 Analog Devices LT3045 为例，说明在 LTspice 中如何构建 LDO 电源电路。
LDO 简介
LDO 全称是 Low Dropout Regulator，中文为 低压差线性稳压器 。
它内部由电压基准、误差放大器、反馈电路、以及串联的晶体管（双极型 / CMOS 管）等组成：
图1 LDO 工作原理，来源 [1]
LDO 将 “晶体管” 作为动态可调元件，通过反馈电路实时调控其电阻以平衡电压分配，实现负载端电压的稳定输出。
晶体管必然存在压降，而维持其稳压功能所需的这一最小压降，即为 Dropout Voltage:
图2 Dropout Voltage，来源 [1]
此外，这个晶体管也会因输入与输出之间的电压差（压差）耗散功率，这功率损耗最终以热量形式释放，导致器件升温。
Analog Devices LT3045
今天我们仿真的是 LT3045，它是一款 Analog Devices 推出的高性能 LDO ，其输入电压 1.8V-20V，输出电流 500mA，具备 0.8μV_RMS 低噪声、1MHz 下 76dB PSRR 特性，压差仅 260mV。适用于 RF 电源、精密仪器、数据转换器等噪声敏感场景：
图3 LT3045，来源 [2]
LT3045 的工作原理是：内置 100μA 恒流源，从 SET 引脚外接电阻 Rset 到地，恒流源流经 Rset 产生的电压作为误差放大器的基准电压；误差放大器以单位增益配置，通过调整晶体管导通程度，实现稳压输出：
图4 典型电路，来源 [2]
例如外接 33.2KΩ 时，100μA × 33.2KΩ = 3.3V，对应输出 3.3V 。
其他输出电压可依据表格选择对应 Rset 阻值配置：
图5 Vout 和 Rset 配置，来源 [2]
我们接下来仿真一下图 4 中的电路。
今日案例 —— 仿真 LDO 电源（LT3045）
1. 搭建电路
下载安装 LTspice XVII 版本。
从元件库选择 LT3045，并添加各种外围器件后，电路图如下：
图6 搭建电路
可以看到与图 4 中基本是一致的，但我们增加了负载 Rload = 6.6 Ω，对于这个负载后续会做调整。
2. 电压电流仿真（Rload = 6.6 Ω）
我们通过瞬态仿真可以查看电路输入与输出的电压、电流，添加仿真命令如下：
.tran 1 startup查看结果如下：
图7 电压电流仿真（Rload = 6.6 Ω）
可以看到：Vin = 5V，Vout = 3.3V（稳定后），Iload = 500mA（稳定后）。
3. 电压电流仿真（Rload = 9.9 Ω 或 2.2 Ω）
如果我们将负载 Rload 改为 9.9Ω 或者 2.2Ω 会怎么样？
仿真结果分别如下：
图8 电压电流仿真（Rload = 9.9 Ω）
图9 电压电流仿真（Rload = 2.2 Ω）
可以看到：
- 当 Rload = 9.9Ω 时，Vout = 3.3 V，Iload = 333mA
- 当 Rload = 2.2 Ω 时，Vout = 1.3 V，Iload = 600mA
说明负载较重时，Vout 不再维持预设的 3.3V 。
不过，看 datasheet 说 LT3045 的电流输出能力是 500mA，为何仿真结果会得到 600mA ？
4. 功率仿真（Rload = 6.6 Ω）
我们再来看看功率。
在 LTspice 中，功率可以用数学公式计算，比如在 Plot 波形窗口中添加 Vout * Iload 就代表输出功率，Vin * Iv1 就代表输入功率。这样得到仿真结果如下：
图10 功率仿真
从图上来看，输出功率大约 1.6W，而输入功率大约 2.6W 。
5. 结果分析（LDO 耗散功率）
既然 输出功率 1.6W，输入功率 2.6W ，也就是 LDO 上消耗的功率是 1W 。
那么 1W 会让 LDO 提升多少温度？
这就要查询 datasheet ：
图11 LT3045 热阻
如果是 DFN 封装的第一种情况，1W 会让 LDO 升温 34 ℃ 。
datasheet 中还表明了 LDO 的 Junction Temperature（结温）：
图12 LT3045 结温
如果是 E-Grade，最高只能到 125 ℃，所以在上述电路配置下，要确保环境温度不能超过 125 - 34 = 91 ℃ 。
你也可以试试看 Rload = 9.9Ω 或 2.2Ω 时， LDO 的耗散功率，在此就不赘述了。
总结
本文以 Analog Devices LT3045 为例，说明在 LTspice 中如何构建 LDO 电源电路。
案例代码
本文 LTspice 案例上传至 Gitee，可下载运行：
- https://gitee.com/gilbertjuly/spice-circuit-simulation/tree/master/ltspice/08_ldo_LT3045
参考资料
- https://wiki.analog.com/university/courses/alm1k/alm-ldo-lab#activitylinear_low_dropout_voltage_regulators_-_adalm1000
- https://www.analog.com/en/products/lt3045-1.html
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