【線(xian)性穩壓電源(yuan)】線(xian)性穩壓器的(de)原理 線(xian)性穩壓電源(yuan)優缺點

線性(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)主(zhu)要(yao)包括(kuo)普通線性(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)和LDO（Low Dropout Regulator，低(di)壓(ya)(ya)差線性(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)）兩(liang)種類型，它們的(de)主(zhu)要(yao)區別(bie)是：普通線性(xing)(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)（如常見的(de)78系列三端穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)）工作時要(yao)求(qiu)輸入與輸出之間(jian)的(de)壓(ya)(ya)差值較大(da)（一般(ban)要(yao)求(qiu)在2～3V以上），功耗較高；而LDO工作時要(yao)求(qiu)輸入與輸出之間(jian)的(de)壓(ya)(ya)差值較小（可(ke)以為IV以下甚至更低(di)），功耗較低(di)。

（1）線性穩壓器基本工作原理

線性穩壓器是通(tong)過輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)反(fan)饋，經誤差放大(da)器等組成的(de)(de)控制(zhi)(zhi)電路(lu)來(lai)控制(zhi)(zhi)調整(zheng)管的(de)(de)管壓(ya)(ya)(ya)降VDD（即壓(ya)(ya)(ya)差）來(lai)達到穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，其(qi)原理(li)框(kuang)圖如圖1所(suo)示。特點(dian)是VIN必須大(da)于VOUT，調整(zheng)管工作在線(xian)性區（線(xian)性穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器從此得(de)名）。輸(shu)(shu)(shu)入電壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)變(bian)動(dong)或負載電流(liu)的(de)(de)變(bian)化引起輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)變(bian)動(dong)時，通(tong)過反(fan)饋及(ji)控制(zhi)(zhi)電路(lu)，改變(bian)VDO的(de)(de)大(da)小，使(shi)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)VOUT基本(ben)不變(bian)。

普通線性(xing)穩(wen)(wen)壓器和LD0的(de)(de)工作原(yuan)理是(shi)一致的(de)(de)，不同(tong)的(de)(de)是(shi)，二者采用的(de)(de)調整管結構不同(tong)，從(cong)而(er)使(shi)LD0比普通線性(xing)穩(wen)(wen)壓器壓差更(geng)小(xiao)，功(gong)耗更(geng)低。

有(you)些液(ye)晶顯示器(qi)中(zhong)使用的線(xian)性穩壓(ya)器(qi)i設有(you)輸出(chu)控(kong)制端，也(ye)就是說，這(zhe)種穩壓(ya)器(qi)輸出(chu)電壓(ya)受(shou)控(kong)制端的控(kong)制。圖(tu)2所示是可(ke)控(kong)穩壓(ya)器(qi)的內部框圖(tu)。

EN（有時也用符號(hao)SHDN表示(shi)）為輸出控制端，一般由微(wei)處(chu)理器(qi)加低電(dian)平(ping)(ping)（或高電(dian)平(ping)(ping)）使LDO關閉（或工作(zuo)），在(zai)關閉電(dian)源狀態(tai)時，電(dian)流約(yue)為1μA。

（2）線性穩壓器的特點

線(xian)性穩(wen)壓(ya)器(qi)具有成(cheng)本低、封裝小、外圍(wei)器(qi)件少和(he)噪聲小的(de)(de)特點。線(xian)性穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)(de)封裝類型很(hen)多，非常適(shi)合(he)在液晶顯示器(qi)中(zhong)使用(yong)。對(dui)于(yu)固定電壓(ya)輸(shu)出(chu)的(de)(de)場合(he)，外圍(wei)只需2～3個很(hen)小的(de)(de)電容即可構成(cheng)整個電路。

超低的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)電壓噪聲(sheng)是(shi)線性穩壓器最大(da)的(de)(de)(de)優勢。輸(shu)出(chu)電壓的(de)(de)(de)紋波不到35μV（RMS），又有(you)極高的(de)(de)(de)信噪抑制比，非(fei)常適(shi)合用做對噪聲(sheng)敏感的(de)(de)(de)小信號處理電路供電。同時(shi)，由于沒有(you)開(kai)關時(shi)大(da)的(de)(de)(de)電流變(bian)化所引發(fa)的(de)(de)(de)電磁干(gan)擾（EMI），所以便于設計。

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

每種線性(xing)穩壓(ya)器都(dou)有各自的優缺點，最終得由設計師(shi)根據壓(ya)差、接(jie)地電流和穩定(ding)(ding)性(xing)補償方法等要求，確定(ding)(ding)某種類型穩壓(ya)器是否適合設備使用。

電壓(ya)(ya)差和(he)(he)接地電流(liu)值主要(yao)由線性穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)的旁(pang)路(lu)(lu)元(yuan)件(pass element)確定(ding)(ding)，電壓(ya)(ya)差和(he)(he)接地電流(liu)值定(ding)(ding)了后就可確定(ding)(ding)穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)適用的設(she)備類型。目前使用的五(wu)大(da)主流(liu)線性穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)每個都具有(you)不同(tong)的旁(pang)路(lu)(lu)元(yuan)件(pass element)和(he)(he)獨特性能，分別(bie)適合不同(tong)的設(she)備使用。

標準NPN穩(wen)壓(ya)器的(de)(de)優點是具有約等于PNP晶體管基極電(dian)流的(de)(de)穩(wen)定接(jie)地(di)電(dian)流，即使(shi)沒有輸出電(dian)容也相(xiang)當穩(wen)定。這種(zhong)穩(wen)壓(ya)器比較(jiao)適合電(dian)壓(ya)差較(jiao)高的(de)(de)設備使(shi)用，但較(jiao)高的(de)(de)壓(ya)差使(shi)得這種(zhong)穩(wen)壓(ya)器不(bu)適合許多嵌入式設備使(shi)用。

對于嵌入式應用而言，NPN旁路晶體管穩壓(ya)器(qi)是一種不錯的選擇，因為它的壓(ya)差小，而且(qie)非常(chang)容易使(shi)用。不過這種穩壓(ya)器(qi)仍不適合具(ju)有(you)很(hen)低(di)壓(ya)差要求的電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)設備使(shi)用，因為它的壓(ya)差不夠(gou)低(di)。它的高增(zeng)益NPN旁路管可使(shi)接地電(dian)(dian)流穩定(ding)在幾個毫安，而且(qie)它的公共發射極結構具(ju)有(you)很(hen)低(di)的輸出(chu)阻抗(kang)。

PNP旁路晶體(ti)(ti)管(guan)是(shi)一種(zhong)低壓差穩(wen)壓器，其中的(de)(de)旁路元(yuan)件就是(shi)PNP晶體(ti)(ti)管(guan)。它(ta)的(de)(de)輸入輸出(chu)壓差一般在0.3到0.7V之間(jian)。因(yin)為壓差低，因(yin)此(ci)這種(zhong)PNP旁路晶體(ti)(ti)管(guan)穩(wen)壓器非(fei)常適合電池供電的(de)(de)嵌入式設備使(shi)用。不過(guo)它(ta)的(de)(de)大(da)接地電流會縮短(duan)電池的(de)(de)壽命。另外，PNP晶體(ti)(ti)管(guan)增益較低，會形(xing)成數毫(hao)安的(de)(de)不穩(wen)定(ding)接地電流。由于采用公共發射極結構，因(yin)此(ci)它(ta)的(de)(de)輸出(chu)阻抗比較高，這意味著(zhu)需要外接特定(ding)范(fan)圍(wei)容量和等效串聯(lian)電阻(ESR)的(de)(de)電容才能夠穩(wen)定(ding)工作。

由(you)于P溝道(dao)FET穩壓(ya)(ya)器具有(you)較低(di)的(de)壓(ya)(ya)差和接(jie)地(di)電(dian)流，因(yin)此目前(qian)被廣泛用(yong)于許(xu)多電(dian)池供電(dian)的(de)設備。該類型穩壓(ya)(ya)器將(jiang)P溝道(dao)FET用(yong)作它的(de)旁路元件。這種穩壓(ya)(ya)器的(de)電(dian)壓(ya)(ya)差可以很(hen)低(di)，因(yin)為(wei)很(hen)容易通過調整FET尺寸將(jiang)漏-源(yuan)阻(zu)抗調整到較低(di)值。另一(yi)個有(you)用(yong)的(de)特(te)性是低(di)的(de)接(jie)地(di)電(dian)流，因(yin)為(wei)P溝道(dao)FET的(de)“柵(zha)極(ji)電(dian)流”很(hen)低(di)。然(ran)而，由(you)于P溝道(dao)FET具有(you)相對大(da)的(de)柵(zha)極(ji)電(dian)容，因(yin)此它需要(yao)外接(jie)具有(you)特(te)定(ding)范圍容量與(yu)ESR的(de)電(dian)容才(cai)能穩定(ding)工作。

N溝道FET穩壓(ya)器(qi)非常適合那些(xie)要(yao)求低(di)(di)壓(ya)差、低(di)(di)接地電(dian)(dian)(dian)流和(he)高(gao)負載(zai)電(dian)(dian)(dian)流的設(she)備(bei)使用。用于旁路管(guan)采用的是N溝道FET，因(yin)此這(zhe)種穩壓(ya)器(qi)的壓(ya)差和(he)接地電(dian)(dian)(dian)流都很低(di)(di)。雖然它也需要(yao)外接電(dian)(dian)(dian)容(rong)才能(neng)穩定工作，但電(dian)(dian)(dian)容(rong)值不用很大(da)，ESR也不重要(yao)。N溝道FET穩壓(ya)器(qi)需要(yao)充(chong)電(dian)(dian)(dian)泵來建立柵極(ji)偏置(zhi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)，因(yin)此電(dian)(dian)(dian)路相對復雜一些(xie)。幸運(yun)的是，相同負載(zai)電(dian)(dian)(dian)流下N溝道FET尺寸最多時可比P溝道FET小50%。