【線(xian)性(xing)穩壓(ya)電(dian)源】線(xian)性(xing)穩壓(ya)器的原理 線(xian)性(xing)穩壓(ya)電(dian)源優缺(que)點(dian)

線(xian)(xian)性(xing)穩壓器(qi)(qi)主要(yao)(yao)包括普通線(xian)(xian)性(xing)穩壓器(qi)(qi)和LDO（Low Dropout Regulator，低壓差線(xian)(xian)性(xing)穩壓器(qi)(qi)）兩種類(lei)型，它(ta)們的(de)(de)主要(yao)(yao)區(qu)別是：普通線(xian)(xian)性(xing)穩壓器(qi)(qi)（如常(chang)見的(de)(de)78系列三端穩壓器(qi)(qi)）工作時(shi)要(yao)(yao)求(qiu)輸入與輸出之間的(de)(de)壓差值較大（一般(ban)要(yao)(yao)求(qiu)在2～3V以(yi)(yi)上），功耗較高；而(er)LDO工作時(shi)要(yao)(yao)求(qiu)輸入與輸出之間的(de)(de)壓差值較小（可以(yi)(yi)為(wei)IV以(yi)(yi)下(xia)甚至更低），功耗較低。

（1）線性穩壓器基本工作原理

線性穩壓器是通過(guo)輸出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)反饋，經誤差(cha)放大(da)器(qi)等組成的(de)控(kong)制(zhi)電路來(lai)控(kong)制(zhi)調整(zheng)管(guan)的(de)管(guan)壓(ya)(ya)(ya)降VDD（即壓(ya)(ya)(ya)差(cha)）來(lai)達(da)到(dao)穩壓(ya)(ya)(ya)的(de)目的(de)，其原理框圖如圖1所示。特點是VIN必須(xu)大(da)于VOUT，調整(zheng)管(guan)工(gong)作(zuo)在線性(xing)區(qu)（線性(xing)穩壓(ya)(ya)(ya)器(qi)從(cong)此(ci)得名）。輸入電壓(ya)(ya)(ya)的(de)變(bian)動(dong)或負載電流的(de)變(bian)化引起輸出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)變(bian)動(dong)時，通過(guo)反饋及控(kong)制(zhi)電路，改(gai)變(bian)VDO的(de)大(da)小，使輸出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)VOUT基本不變(bian)。

普(pu)通線性(xing)穩(wen)壓(ya)器和(he)LD0的工作(zuo)原理是(shi)一致的，不同(tong)的是(shi)，二(er)者(zhe)采用的調整(zheng)管結構不同(tong)，從而使(shi)LD0比普(pu)通線性(xing)穩(wen)壓(ya)器壓(ya)差更小，功耗更低。

有些液晶顯示器(qi)(qi)(qi)中使用的(de)線性穩(wen)壓器(qi)(qi)(qi)i設有輸(shu)出(chu)控(kong)制(zhi)端(duan)，也就是說，這(zhe)種穩(wen)壓器(qi)(qi)(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓受控(kong)制(zhi)端(duan)的(de)控(kong)制(zhi)。圖(tu)2所示是可控(kong)穩(wen)壓器(qi)(qi)(qi)的(de)內部框圖(tu)。

EN（有(you)時(shi)也用符(fu)號SHDN表示）為輸出控(kong)制端，一般由微處理器加低電平(ping)（或(huo)(huo)高電平(ping)）使(shi)LDO關(guan)閉(bi)（或(huo)(huo)工作），在關(guan)閉(bi)電源(yuan)狀態時(shi)，電流約為1μA。

（2）線性穩壓器的特點

線性穩壓(ya)器具有成(cheng)本(ben)低、封裝(zhuang)小、外(wai)圍(wei)(wei)器件少(shao)和噪聲小的(de)特點。線性穩壓(ya)器的(de)封裝(zhuang)類型很多，非(fei)常(chang)適合在(zai)液晶(jing)顯示器中使(shi)用。對(dui)于固定電壓(ya)輸出的(de)場合，外(wai)圍(wei)(wei)只需2～3個很小的(de)電容即可構成(cheng)整個電路。

超低的(de)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)噪聲是線(xian)性穩(wen)壓(ya)器(qi)最大的(de)優(you)勢。輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)紋波不到35μV（RMS），又有極(ji)高(gao)的(de)信(xin)噪抑制比，非常適合(he)用做對噪聲敏感(gan)的(de)小信(xin)號處理電(dian)(dian)(dian)路供電(dian)(dian)(dian)。同時(shi)，由于沒有開關時(shi)大的(de)電(dian)(dian)(dian)流變化(hua)所(suo)引發的(de)電(dian)(dian)(dian)磁干擾（EMI），所(suo)以(yi)便(bian)于設計。

但線性穩壓器的缺點是效率不高，且只能用于降壓的場合。線性穩壓器的效率取決于輸出電壓與輸入電壓之比η＝Vo：Vio例如，對于普通線性穩壓器，在輸入電壓為5V的情況下，輸出電壓為2.5V時，效率只有50％，也就是約有50％的電能被轉化成熱量流失掉了，這也是普通線性穩壓器工作時易發熱的主要原因：對于LDO，由于是低壓差，因此效率要高得多。例如，在輸入電壓為3.3V的情況下，輸出電壓為2.5V時，效率可達76％。所以，在液晶顯示器中，為了提高電能的利用率，較少采用普通線性穩壓器，而多采用LDO。

線性穩壓電源優缺點

每(mei)種(zhong)線(xian)性(xing)穩壓(ya)(ya)器(qi)都有各(ge)自的優缺點，最(zui)終得由(you)設(she)計(ji)師(shi)根據壓(ya)(ya)差、接地電(dian)流和穩定性(xing)補償方法等要求(qiu)，確定某種(zhong)類型穩壓(ya)(ya)器(qi)是否適合(he)設(she)備(bei)使用。

電(dian)壓差和(he)(he)接(jie)地電(dian)流值主要由線性穩(wen)壓器的(de)旁路元件(pass element)確定(ding)，電(dian)壓差和(he)(he)接(jie)地電(dian)流值定(ding)了(le)后就可確定(ding)穩(wen)壓器適用的(de)設備(bei)類(lei)型。目前使用的(de)五(wu)大主流線性穩(wen)壓器每個都具有不同的(de)旁路元件(pass element)和(he)(he)獨特性能，分別適合不同的(de)設備(bei)使用。

標(biao)準NPN穩(wen)(wen)壓器的優點是具有約等(deng)于PNP晶體管基(ji)極電流的穩(wen)(wen)定(ding)接(jie)地電流，即使沒(mei)有輸出(chu)電容也相當穩(wen)(wen)定(ding)。這種穩(wen)(wen)壓器比較(jiao)適(shi)合(he)電壓差(cha)較(jiao)高(gao)的設(she)備使用，但較(jiao)高(gao)的壓差(cha)使得(de)這種穩(wen)(wen)壓器不適(shi)合(he)許(xu)多(duo)嵌入式設(she)備使用。

對于嵌入式應用而(er)言，NPN旁路晶體管穩壓(ya)器(qi)是一種(zhong)不(bu)(bu)錯的(de)(de)選擇(ze)，因為它的(de)(de)壓(ya)差(cha)小(xiao)，而(er)且非(fei)常容易(yi)使用。不(bu)(bu)過這種(zhong)穩壓(ya)器(qi)仍不(bu)(bu)適合(he)具有(you)很(hen)低(di)壓(ya)差(cha)要求的(de)(de)電池供電設(she)備(bei)使用，因為它的(de)(de)壓(ya)差(cha)不(bu)(bu)夠低(di)。它的(de)(de)高增益(yi)NPN旁路管可(ke)使接(jie)地電流穩定(ding)在(zai)幾個毫安，而(er)且它的(de)(de)公共發射極結(jie)構具有(you)很(hen)低(di)的(de)(de)輸出阻抗。

PNP旁(pang)路(lu)晶(jing)體(ti)管是(shi)一種(zhong)低壓(ya)差穩(wen)壓(ya)器，其中的(de)旁(pang)路(lu)元件(jian)就是(shi)PNP晶(jing)體(ti)管。它的(de)輸入輸出壓(ya)差一般(ban)在0.3到(dao)0.7V之間。因(yin)為壓(ya)差低，因(yin)此這(zhe)種(zhong)PNP旁(pang)路(lu)晶(jing)體(ti)管穩(wen)壓(ya)器非(fei)常適合電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)的(de)嵌(qian)入式(shi)設備(bei)使用。不過(guo)它的(de)大接地電(dian)(dian)流(liu)會(hui)縮短電(dian)(dian)池的(de)壽命。另外(wai)，PNP晶(jing)體(ti)管增益較(jiao)低，會(hui)形成(cheng)數(shu)毫安(an)的(de)不穩(wen)定接地電(dian)(dian)流(liu)。由于(yu)采用公共發射(she)極結(jie)構，因(yin)此它的(de)輸出阻抗比較(jiao)高，這(zhe)意味著需要外(wai)接特定范(fan)圍容量和等(deng)效串聯電(dian)(dian)阻(ESR)的(de)電(dian)(dian)容才能夠穩(wen)定工作。

由于(yu)P溝道(dao)(dao)(dao)(dao)FET穩(wen)壓器(qi)具有(you)較低(di)的(de)(de)(de)壓差(cha)和接(jie)地(di)電(dian)(dian)流(liu)，因(yin)此目前被廣泛用(yong)(yong)于(yu)許多電(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)的(de)(de)(de)設(she)備。該類型穩(wen)壓器(qi)將(jiang)P溝道(dao)(dao)(dao)(dao)FET用(yong)(yong)作(zuo)它的(de)(de)(de)旁路元件。這(zhe)種穩(wen)壓器(qi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓差(cha)可以很低(di)，因(yin)為很容易(yi)通(tong)過調整FET尺寸將(jiang)漏-源阻抗調整到(dao)較低(di)值。另一個有(you)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)特性是低(di)的(de)(de)(de)接(jie)地(di)電(dian)(dian)流(liu)，因(yin)為P溝道(dao)(dao)(dao)(dao)FET的(de)(de)(de)“柵極電(dian)(dian)流(liu)”很低(di)。然而，由于(yu)P溝道(dao)(dao)(dao)(dao)FET具有(you)相(xiang)對大的(de)(de)(de)柵極電(dian)(dian)容，因(yin)此它需要外(wai)接(jie)具有(you)特定范圍容量與ESR的(de)(de)(de)電(dian)(dian)容才能穩(wen)定工作(zuo)。

N溝道FET穩壓器非常(chang)適合那些(xie)要(yao)求(qiu)低壓差、低接(jie)地(di)電(dian)(dian)流和(he)高(gao)負(fu)載電(dian)(dian)流的(de)(de)(de)設備(bei)使用。用于旁路管采用的(de)(de)(de)是N溝道FET，因(yin)(yin)此這種穩壓器的(de)(de)(de)壓差和(he)接(jie)地(di)電(dian)(dian)流都很(hen)低。雖(sui)然(ran)它也需要(yao)外接(jie)電(dian)(dian)容才能穩定(ding)工作，但(dan)電(dian)(dian)容值不(bu)(bu)用很(hen)大，ESR也不(bu)(bu)重(zhong)要(yao)。N溝道FET穩壓器需要(yao)充電(dian)(dian)泵來建立柵極偏置電(dian)(dian)壓，因(yin)(yin)此電(dian)(dian)路相(xiang)對復雜一些(xie)。幸運的(de)(de)(de)是，相(xiang)同負(fu)載電(dian)(dian)流下N溝道FET尺寸最多時(shi)可比P溝道FET小50%。