【線(xian)(xian)性(xing)(xing)穩壓電源】線(xian)(xian)性(xing)(xing)穩壓器的原(yuan)理 線(xian)(xian)性(xing)(xing)穩壓電源優缺點

線(xian)(xian)性(xing)(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)主要(yao)包(bao)括普(pu)通線(xian)(xian)性(xing)(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)和(he)LDO（Low Dropout Regulator，低壓(ya)(ya)差線(xian)(xian)性(xing)(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)）兩種類型，它們的(de)(de)主要(yao)區別(bie)是(shi)：普(pu)通線(xian)(xian)性(xing)(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)（如常見的(de)(de)78系列三(san)端穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)）工(gong)(gong)作(zuo)時(shi)要(yao)求(qiu)輸入(ru)(ru)與(yu)輸出(chu)之間的(de)(de)壓(ya)(ya)差值較(jiao)大（一般要(yao)求(qiu)在2～3V以上），功耗較(jiao)高(gao)；而LDO工(gong)(gong)作(zuo)時(shi)要(yao)求(qiu)輸入(ru)(ru)與(yu)輸出(chu)之間的(de)(de)壓(ya)(ya)差值較(jiao)小（可(ke)以為(wei)IV以下(xia)甚至更低），功耗較(jiao)低。

（1）線性穩壓器基本工作原理

線性穩壓器是通過(guo)(guo)輸(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)反(fan)(fan)饋，經誤差(cha)放大器(qi)等組(zu)成的(de)控(kong)制電路(lu)來控(kong)制調整管(guan)(guan)的(de)管(guan)(guan)壓(ya)(ya)(ya)降VDD（即(ji)壓(ya)(ya)(ya)差(cha)）來達(da)到(dao)穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)的(de)目的(de)，其原理框圖如圖1所示。特(te)點(dian)是VIN必須大于VOUT，調整管(guan)(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)線性區（線性穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)從此得名(ming)）。輸(shu)入電壓(ya)(ya)(ya)的(de)變(bian)(bian)(bian)動(dong)或負載電流的(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)引起輸(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)變(bian)(bian)(bian)動(dong)時，通過(guo)(guo)反(fan)(fan)饋及(ji)控(kong)制電路(lu)，改變(bian)(bian)(bian)VDO的(de)大小，使輸(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)VOUT基本不(bu)變(bian)(bian)(bian)。

普通(tong)線性穩壓器和(he)LD0的工作(zuo)原(yuan)理是一致的，不同的是，二者采用的調(diao)整管結(jie)構不同，從(cong)而使LD0比普通(tong)線性穩壓器壓差(cha)更小(xiao)，功耗更低。

有(you)些液(ye)晶顯(xian)示(shi)器中使(shi)用的(de)線性穩(wen)(wen)壓(ya)器i設有(you)輸(shu)出控(kong)制(zhi)端，也就是說，這(zhe)種穩(wen)(wen)壓(ya)器輸(shu)出電(dian)壓(ya)受(shou)控(kong)制(zhi)端的(de)控(kong)制(zhi)。圖2所(suo)示(shi)是可控(kong)穩(wen)(wen)壓(ya)器的(de)內部框圖。

EN（有時也用符號(hao)SHDN表(biao)示）為(wei)(wei)輸出控制端，一般由(you)微處理器(qi)加低電平（或高電平）使LDO關(guan)閉（或工作），在關(guan)閉電源(yuan)狀(zhuang)態時，電流約為(wei)(wei)1μA。

（2）線性穩壓器的特點

線性穩壓器具有成本低、封裝(zhuang)(zhuang)小、外(wai)圍器件少和噪聲小的(de)特點。線性穩壓器的(de)封裝(zhuang)(zhuang)類型(xing)很(hen)多(duo)，非常(chang)適合在液晶顯示器中使用。對(dui)于(yu)固定電壓輸出的(de)場合，外(wai)圍只(zhi)需2～3個(ge)很(hen)小的(de)電容即可構(gou)成整個(ge)電路。

超低的(de)(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)電壓(ya)(ya)噪聲是(shi)線性穩壓(ya)(ya)器最大的(de)(de)(de)(de)優勢。輸(shu)出(chu)(chu)電壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)紋(wen)波不到35μV（RMS），又有極高的(de)(de)(de)(de)信噪抑制比，非常適合用做對噪聲敏感的(de)(de)(de)(de)小信號(hao)處(chu)理電路供電。同時，由(you)于(yu)沒有開關時大的(de)(de)(de)(de)電流變(bian)化(hua)所引發(fa)的(de)(de)(de)(de)電磁干擾（EMI），所以(yi)便于(yu)設計(ji)。

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

每種(zhong)(zhong)線性穩壓(ya)(ya)器都有各自的優缺(que)點，最(zui)終得由設(she)計(ji)師根據壓(ya)(ya)差、接(jie)地(di)電流和(he)穩定性補償(chang)方法等要求，確定某種(zhong)(zhong)類型穩壓(ya)(ya)器是否適(shi)合設(she)備使用。

電(dian)壓(ya)差(cha)和接地電(dian)流值(zhi)主要由線性(xing)穩壓(ya)器的(de)旁路元(yuan)件(pass element)確(que)定，電(dian)壓(ya)差(cha)和接地電(dian)流值(zhi)定了后就可確(que)定穩壓(ya)器適(shi)用的(de)設備類型。目前使用的(de)五(wu)大(da)主流線性(xing)穩壓(ya)器每(mei)個都具有(you)不(bu)同的(de)旁路元(yuan)件(pass element)和獨特(te)性(xing)能，分別適(shi)合(he)不(bu)同的(de)設備使用。

標準NPN穩(wen)(wen)(wen)壓(ya)(ya)器的優(you)點(dian)是具有約等于PNP晶體管基極電(dian)流(liu)的穩(wen)(wen)(wen)定接地(di)電(dian)流(liu)，即使沒有輸出電(dian)容也相當穩(wen)(wen)(wen)定。這(zhe)種(zhong)穩(wen)(wen)(wen)壓(ya)(ya)器比較(jiao)適合(he)電(dian)壓(ya)(ya)差較(jiao)高(gao)的設(she)備使用，但(dan)較(jiao)高(gao)的壓(ya)(ya)差使得這(zhe)種(zhong)穩(wen)(wen)(wen)壓(ya)(ya)器不適合(he)許多嵌入式設(she)備使用。

對于嵌入(ru)式應用(yong)而(er)言(yan)，NPN旁路晶體管(guan)穩壓(ya)器是一種不(bu)錯的(de)(de)選(xuan)擇(ze)，因(yin)為(wei)它(ta)(ta)的(de)(de)壓(ya)差(cha)(cha)小，而(er)且(qie)非(fei)常容易(yi)使(shi)(shi)(shi)用(yong)。不(bu)過這種穩壓(ya)器仍(reng)不(bu)適合具有很低壓(ya)差(cha)(cha)要求的(de)(de)電(dian)池供電(dian)設備(bei)使(shi)(shi)(shi)用(yong)，因(yin)為(wei)它(ta)(ta)的(de)(de)壓(ya)差(cha)(cha)不(bu)夠(gou)低。它(ta)(ta)的(de)(de)高增益(yi)NPN旁路管(guan)可使(shi)(shi)(shi)接(jie)地電(dian)流穩定在幾個毫安，而(er)且(qie)它(ta)(ta)的(de)(de)公共(gong)發射(she)極結(jie)構具有很低的(de)(de)輸出阻抗。

PNP旁路(lu)晶體(ti)管(guan)是一種低壓差穩(wen)壓器，其中的(de)旁路(lu)元件就(jiu)是PNP晶體(ti)管(guan)。它的(de)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)壓差一般在0.3到0.7V之(zhi)間(jian)。因為(wei)壓差低，因此(ci)這(zhe)種PNP旁路(lu)晶體(ti)管(guan)穩(wen)壓器非常適合電(dian)池供電(dian)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)設備使用。不過(guo)它的(de)大接地電(dian)流(liu)會縮短電(dian)池的(de)壽命。另(ling)外(wai)，PNP晶體(ti)管(guan)增(zeng)益較(jiao)低，會形(xing)成數毫(hao)安的(de)不穩(wen)定接地電(dian)流(liu)。由于采用公共發射極結構，因此(ci)它的(de)輸(shu)出(chu)阻抗比較(jiao)高，這(zhe)意味(wei)著需要外(wai)接特(te)定范圍(wei)容(rong)量和等效串聯電(dian)阻(ESR)的(de)電(dian)容(rong)才能夠穩(wen)定工作。

由于(yu)P溝道FET穩壓(ya)(ya)器具(ju)有較低(di)的(de)(de)壓(ya)(ya)差(cha)和(he)接(jie)地電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，因此(ci)目前被廣泛用(yong)于(yu)許多電(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)設備。該類型穩壓(ya)(ya)器將P溝道FET用(yong)作它的(de)(de)旁(pang)路元件(jian)。這種(zhong)穩壓(ya)(ya)器的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)差(cha)可以(yi)很(hen)(hen)低(di)，因為(wei)很(hen)(hen)容易(yi)通過調整FET尺寸將漏-源(yuan)阻抗(kang)調整到較低(di)值。另一(yi)個有用(yong)的(de)(de)特性是低(di)的(de)(de)接(jie)地電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，因為(wei)P溝道FET的(de)(de)“柵極電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)”很(hen)(hen)低(di)。然而，由于(yu)P溝道FET具(ju)有相(xiang)對(dui)大的(de)(de)柵極電(dian)(dian)(dian)容，因此(ci)它需要外接(jie)具(ju)有特定范(fan)圍容量與(yu)ESR的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容才(cai)能穩定工(gong)作。

N溝道(dao)FET穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)非(fei)常(chang)適合那些要求低(di)(di)壓(ya)差(cha)、低(di)(di)接(jie)地電(dian)(dian)流(liu)和(he)高負載電(dian)(dian)流(liu)的設備使用。用于旁路(lu)管采用的是N溝道(dao)FET，因此(ci)這種穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)的壓(ya)差(cha)和(he)接(jie)地電(dian)(dian)流(liu)都很(hen)低(di)(di)。雖然它也(ye)需(xu)要外接(jie)電(dian)(dian)容(rong)才能穩(wen)(wen)定工作(zuo)，但電(dian)(dian)容(rong)值(zhi)不(bu)用很(hen)大(da)，ESR也(ye)不(bu)重要。N溝道(dao)FET穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)需(xu)要充電(dian)(dian)泵來建立柵極偏置電(dian)(dian)壓(ya)，因此(ci)電(dian)(dian)路(lu)相(xiang)對復雜(za)一些。幸運的是，相(xiang)同(tong)負載電(dian)(dian)流(liu)下N溝道(dao)FET尺(chi)寸最(zui)多(duo)時可比P溝道(dao)FET小50%。