在设计和调试使用低压差线性稳压器（LDO）的电路时，你可能会在一些参考设计或实际产品中看到LDO的输入端（VIN）或输出端（VOUT）串联或并联了一个二极管。这看起来似乎有些多余，毕竟LDO本身就是一个完整的稳压模块。那么，工程师们为什么要这样做呢？这个小小的二极管在电路里扮演着什么样的关键角色？本文将为你一一解析这些常见的应用场景。

 

一、 串联二极管（通常位于LDO输入端）

1、防电源反接保护 (Reverse Polarity Protection)

问题： 如果用户不小心将电源（如电池、适配器）的正负极接反了，LDO（尤其是内部集成有限流或过温保护但无专门防反设计的型号）很可能瞬间损坏。

解决方案： 在LDO的输入端（VIN）串联一个二极管（如1N4007、1N5819等），二极管的正极朝向电源输入正端，负极接LDO的VIN。

作用原理： 当电源极性正确时，二极管正向导通，为LDO提供输入电压（会损失约0.3-0.7V的压降）。当电源反接时，二极管处于反向截止状态，阻止了反向电流流入LDO，从而保护了LDO及其后级电路。

注意： 这会增加输入端的压降，需确保 Vin_min - Vdiode > Vdropout_min + Vout，即减去二极管压降后的输入电压仍需高于LDO本身所需的最小输入输出电压差加上输出电压，否则LDO无法正常工作或性能下降。肖特基二极管因其低压降（0.2-0.4V）在此应用中更受欢迎。

 

2、实现“升压”输入 (Input Voltage "Boosting")

问题： 有时输入电压 Vin 非常接近LDO所需的最小输入电压 Vout + Vdropout_min（特别是压差Vdropout_min很小的LDO），处于临界状态。任何微小的输入电压跌落（如电池电压下降、线路压降）都可能导致LDO瞬间脱离稳压状态，输出电压跌落。

解决方案： 在LDO的输入端（VIN）串联一个二极管（通常是肖特基二极管），二极管的正极朝向电源输入正端，负极接LDO的VIN。同时在LDO的输入电容之前（即二极管正极） 对地并联一个大容量电容（Cbulk）。

作用原理： Cbulk储存能量。当输入电压瞬时跌落时，Cbulk上的电压不会立即跌落（放电速度取决于负载电流），它通过二极管继续为LDO供电。只要Cbulk上的电压 Vcbulk > Vout + Vdropout_min，LDO就能维持稳定输出。这相当于在输入跌落时短暂“抬升”了LDO的有效输入电压。

注意： 这不是真正提升输入电压，而是利用储能电容缓冲输入跌落。需要仔细计算Cbulk的值以满足维持时间要求。

 

3、多电源输入/切换隔离 (OR-ing / Power Path Isolation)

问题： 当系统有多个可能的输入电源（如适配器和电池），需要自动或手动切换时，要防止一个电源的电流反向流入另一个未激活的电源。

解决方案： 在每个电源通路上（到达公共输入点之前）串联一个二极管（常用肖特基），所有二极管的负极都连接到公共点，该点再接入LDO的VIN。

作用原理： 当多个电源存在时，电压最高的那个电源对应的二极管会导通，为公共点和LDO供电。其他电压较低的电源对应的二极管因反偏而截止，有效阻止了电流倒灌（Backfeed）到电压较低的电源中。这实现了简单的“二极管或”（Diode ORing）逻辑。

 

二、 并联二极管（通常跨接在LDO的输入端和输出端之间）

1、防止输出反向电压损坏LDO (Output Reverse Voltage Protection)

问题： 这是最常见且最重要的应用场景。当LDO的输出端（VOUT）连接着大容量电容（Cout），并且输入端（VIN）突然断电（比如快速拔掉电源插头或关闭开关）时，Cout上存储的电荷来不及通过负载快速泄放掉，导致VOUT的电压在一段时间内会高于断电后快速跌落的VIN电压。对于大多数LDO，其内部电路（特别是调整管，如PMOS）的体二极管或结构，不允许VOUT长时间显著高于VIN（通常限制在0.3-0.7V以内）。否则，电流会通过这个内部体二极管从VOUT倒灌回VIN，可能损坏LDO。

解决方案： 在LDO的输入端（VIN）和输出端（VOUT）之间并联一个二极管（通常为肖特基二极管），二极管的正极接VOUT，负极接VIN。

作用原理： 当VIN断电跌落而VOUT因大电容维持较高电压时，只要 Vout > Vin + Vf_diode（Vf_diode是外部并联二极管的导通压降），这个外部二极管就会正向导通。它为Cout上的电荷提供了一条低阻抗的泄放路径，使其通过外部二极管流向VIN端（此时通常通过输入电容或电源回路放电），从而钳位了VOUT和VIN之间的压差（约等于Vf_diode，0.3-0.7V），有效保护了LDO不被反向电压击穿。

注意： 方向绝对不能接反！ 这个二极管仅在VOUT高于VIN且差值超过其导通压降时才导通。很多LDO的数据手册（Datasheet）的“绝对最大额定值”（Absolute Maximum Ratings）部分会明确要求 Vout <= Vin + 0.3V 或类似限制，并强烈建议在VIN和VOUT之间并联保护二极管。务必查阅你所使用LDO的具体手册。

 

2、加速输出放电 (Output Fast Discharge - 较少见且需谨慎)

问题： 在特定应用中（如需要快速关断或重启），希望LDO在关闭后其输出电压能迅速下降到0V，而不是缓慢地通过负载或LDO内部的泄放电阻放电。

解决方案： 在LDO的输出端（VOUT）到地（GND）之间并联一个二极管（通常是小信号二极管或肖特基），二极管的正极接地（GND），负极接VOUT。同时，需要配合一个控制开关（如MOSFET或三极管）串联在二极管通路中。

作用原理： 当需要快速放电时，控制开关闭合，外部二极管（此时反向应用）为输出电容提供了一条到地的低阻抗放电通路，电流从VOUT通过闭合的开关和二极管流向GND。

注意： 这种方法不常见，且必须谨慎设计！ 直接在VOUT到GND永久并联二极管（无开关）是绝对错误的，因为它会将VOUT钳位在约-0.7V（硅管）或-0.3V（肖特基），导致LDO无法正常建立输出电压。必须通过受控的开关来实现，并且仅在需要放电时才导通。通常LDO的使能脚（EN）控制或专门的放电引脚（如果提供）是更优选择。

 

总结：为什么需要串联或并联二极管？

1、串联二极管（主要在输入端）： 核心目的是隔离与控制电流方向。用于防电源反接保护、在输入电压临界时利用储能电容维持稳定（伪“升压”）、在多电源输入时防止电流倒灌（ORing）。

 

2、并联二极管（主要在VIN-VOUT之间）： 核心目的是保护LDO。最主要应用是防止输入端突然断电时，输出端大电容储存的电荷产生反向电压（Vout > Vin）损坏LDO芯片。这是很多LDO数据手册明确要求的保护措施。

 

设计要点

1、选型：

电压： 二极管的反向耐压（VRRM/Vr）必须大于电路中的最大可能反向电压。

电流： 二极管的正向电流（If/Avg, If/Peak）必须满足可能流过的最大电流（如防反接时的短路电流、ORing时的负载电流、反向保护时Cout的放电电流）。

压降： 对于串联应用，优先选择低压降的肖特基二极管（如SS14, SS34, 1N5819）。对于并联保护应用，肖特基也是首选（低压降，响应快）。

 

2、方向： 极其关键！ 务必根据应用需求正确连接二极管的正负极。方向错误不仅无效，甚至可能损坏电路。

功耗与散热： 对于串联二极管，特别是在负载电流较大时，其功耗 P = If * Vf 不可忽视，需评估是否需要散热措施。

查阅手册： 务必仔细阅读你所使用的LDO的数据手册，特别是关于“绝对最大额定值”、“推荐工作条件”和“应用电路”部分，确认其对输入输出压差限制的要求和建议的保护措施。

理解在LDO电路中添加二极管的原因和作用，是设计出可靠、稳健电源系统的关键一步。这个小元件在关键时刻（如电源反接、热插拔、突然断电）能有效保护你的核心器件，避免不必要的损失。