【線(xian)性(xing)穩(wen)壓電源(yuan)】線(xian)性(xing)穩(wen)壓器的(de)原理(li) 線(xian)性(xing)穩(wen)壓電源(yuan)優缺點

線性穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)主(zhu)要(yao)(yao)包括普通(tong)線性穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)和LDO（Low Dropout Regulator，低壓(ya)(ya)(ya)差線性穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)）兩(liang)種類型，它們的主(zhu)要(yao)(yao)區別是：普通(tong)線性穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)（如常見的78系列(lie)三端穩(wen)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)）工(gong)作(zuo)時(shi)要(yao)(yao)求輸入與輸出(chu)之(zhi)間的壓(ya)(ya)(ya)差值(zhi)較(jiao)(jiao)大(da)（一般要(yao)(yao)求在2～3V以上），功耗較(jiao)(jiao)高；而(er)LDO工(gong)作(zuo)時(shi)要(yao)(yao)求輸入與輸出(chu)之(zhi)間的壓(ya)(ya)(ya)差值(zhi)較(jiao)(jiao)小（可(ke)以為IV以下甚至(zhi)更低），功耗較(jiao)(jiao)低。

（1）線性穩壓器基本工作原理

線性穩壓器是(shi)通過輸出(chu)電壓(ya)(ya)反饋(kui)，經誤差放大(da)器等組(zu)成的(de)(de)控制電路來控制調整管(guan)的(de)(de)管(guan)壓(ya)(ya)降VDD（即壓(ya)(ya)差）來達到穩(wen)壓(ya)(ya)的(de)(de)目的(de)(de)，其原理框圖如圖1所示(shi)。特點是(shi)VIN必須大(da)于VOUT，調整管(guan)工(gong)作在線(xian)(xian)性(xing)區（線(xian)(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)(ya)器從此得名）。輸入電壓(ya)(ya)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)動或負載電流的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化引起輸出(chu)電壓(ya)(ya)變(bian)(bian)(bian)動時(shi)，通過反饋(kui)及控制電路，改變(bian)(bian)(bian)VDO的(de)(de)大(da)小，使(shi)輸出(chu)電壓(ya)(ya)VOUT基本不變(bian)(bian)(bian)。

普(pu)通(tong)線(xian)性穩(wen)壓器和LD0的工作原理(li)是一(yi)致的，不(bu)同(tong)的是，二者(zhe)采(cai)用(yong)的調整管結構不(bu)同(tong)，從而使LD0比普(pu)通(tong)線(xian)性穩(wen)壓器壓差更小，功(gong)耗(hao)更低。

有(you)些液晶(jing)顯(xian)示器(qi)(qi)中使(shi)用的(de)(de)線(xian)性穩壓(ya)(ya)器(qi)(qi)i設有(you)輸(shu)出控制端(duan)，也就是說，這種穩壓(ya)(ya)器(qi)(qi)輸(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)受控制端(duan)的(de)(de)控制。圖2所示是可控穩壓(ya)(ya)器(qi)(qi)的(de)(de)內部框圖。

EN（有(you)時(shi)也用符(fu)號SHDN表示(shi)）為輸(shu)出控制端，一般(ban)由微處理(li)器(qi)加低電(dian)平（或高電(dian)平）使LDO關(guan)閉（或工作），在(zai)關(guan)閉電(dian)源狀態時(shi)，電(dian)流約為1μA。

（2）線性穩壓器的特點

線(xian)性(xing)穩壓(ya)器(qi)具有成本低、封裝(zhuang)小(xiao)、外(wai)圍(wei)器(qi)件(jian)少和噪聲(sheng)小(xiao)的特(te)點(dian)。線(xian)性(xing)穩壓(ya)器(qi)的封裝(zhuang)類型很(hen)多(duo)，非常適合(he)在液晶顯(xian)示器(qi)中使(shi)用。對(dui)于固定電(dian)壓(ya)輸出的場合(he)，外(wai)圍(wei)只需(xu)2～3個很(hen)小(xiao)的電(dian)容即可構(gou)成整個電(dian)路。

超低的(de)(de)(de)輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)噪(zao)聲是(shi)線性穩壓(ya)(ya)器最大的(de)(de)(de)優勢。輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)紋(wen)波不到35μV（RMS），又有(you)極高的(de)(de)(de)信(xin)噪(zao)抑制比，非(fei)常(chang)適合用做(zuo)對噪(zao)聲敏感(gan)的(de)(de)(de)小信(xin)號處(chu)理(li)電(dian)(dian)路(lu)供電(dian)(dian)。同(tong)時(shi)，由于(yu)沒有(you)開關時(shi)大的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)變化所(suo)引(yin)發的(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁干(gan)擾(rao)（EMI），所(suo)以便于(yu)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)線性(xing)穩(wen)壓器都有(you)各自(zi)的優缺點，最終得由設計師(shi)根據(ju)壓差、接地(di)電(dian)流和(he)穩(wen)定性(xing)補(bu)償方法等要求，確定某(mou)種(zhong)類型穩(wen)壓器是(shi)否(fou)適合設備(bei)使(shi)用。

電壓(ya)(ya)差和(he)(he)接(jie)地電流(liu)(liu)(liu)值主要由線性(xing)(xing)穩壓(ya)(ya)器的(de)(de)旁(pang)路元(yuan)件(pass element)確(que)定，電壓(ya)(ya)差和(he)(he)接(jie)地電流(liu)(liu)(liu)值定了后就可確(que)定穩壓(ya)(ya)器適(shi)用的(de)(de)設備類型。目前使用的(de)(de)五(wu)大主流(liu)(liu)(liu)線性(xing)(xing)穩壓(ya)(ya)器每個都具有不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)旁(pang)路元(yuan)件(pass element)和(he)(he)獨特性(xing)(xing)能，分別適(shi)合(he)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)設備使用。

標準NPN穩壓器的優點是具有約等于PNP晶體管基(ji)極電(dian)(dian)流的穩定接地電(dian)(dian)流，即使(shi)沒(mei)有輸出電(dian)(dian)容也相當穩定。這(zhe)種穩壓器比較適合電(dian)(dian)壓差較高的設備(bei)使(shi)用，但較高的壓差使(shi)得這(zhe)種穩壓器不適合許(xu)多(duo)嵌入(ru)式設備(bei)使(shi)用。

對于嵌入式應(ying)用而(er)(er)言，NPN旁(pang)(pang)路晶體管(guan)穩(wen)(wen)壓(ya)器是(shi)一種不錯的(de)選擇(ze)，因為(wei)它(ta)的(de)壓(ya)差小，而(er)(er)且非常容易使(shi)用。不過這種穩(wen)(wen)壓(ya)器仍不適(shi)合具有很(hen)低壓(ya)差要求的(de)電池供電設備使(shi)用，因為(wei)它(ta)的(de)壓(ya)差不夠低。它(ta)的(de)高增益NPN旁(pang)(pang)路管(guan)可使(shi)接地電流穩(wen)(wen)定在幾(ji)個毫安(an)，而(er)(er)且它(ta)的(de)公共發(fa)射(she)極結(jie)構具有很(hen)低的(de)輸出阻抗。

PNP旁(pang)路晶(jing)體(ti)管(guan)是一(yi)種低壓差(cha)穩(wen)(wen)壓器，其中的(de)(de)旁(pang)路元件就是PNP晶(jing)體(ti)管(guan)。它(ta)的(de)(de)輸(shu)(shu)入(ru)輸(shu)(shu)出壓差(cha)一(yi)般在0.3到0.7V之間(jian)。因為壓差(cha)低，因此這種PNP旁(pang)路晶(jing)體(ti)管(guan)穩(wen)(wen)壓器非常適合電(dian)池供(gong)電(dian)的(de)(de)嵌入(ru)式設備使用。不(bu)過它(ta)的(de)(de)大接地電(dian)流會(hui)(hui)縮短電(dian)池的(de)(de)壽命。另外，PNP晶(jing)體(ti)管(guan)增(zeng)益較(jiao)低，會(hui)(hui)形成數(shu)毫安的(de)(de)不(bu)穩(wen)(wen)定接地電(dian)流。由于采(cai)用公共發射極結構，因此它(ta)的(de)(de)輸(shu)(shu)出阻(zu)抗(kang)比較(jiao)高，這意味著需要外接特定范圍容量和等效串聯電(dian)阻(zu)(ESR)的(de)(de)電(dian)容才能夠穩(wen)(wen)定工作。

由于(yu)P溝道(dao)(dao)FET穩(wen)壓器(qi)具(ju)(ju)有(you)較低的(de)壓差和接地電(dian)流(liu)，因(yin)(yin)(yin)此目前被廣泛用(yong)于(yu)許多電(dian)池供電(dian)的(de)設備。該類型穩(wen)壓器(qi)將(jiang)P溝道(dao)(dao)FET用(yong)作它的(de)旁路元件。這種穩(wen)壓器(qi)的(de)電(dian)壓差可以很(hen)低，因(yin)(yin)(yin)為(wei)很(hen)容(rong)易通過調整(zheng)FET尺寸將(jiang)漏-源阻(zu)抗(kang)調整(zheng)到(dao)較低值。另一個有(you)用(yong)的(de)特(te)性是低的(de)接地電(dian)流(liu)，因(yin)(yin)(yin)為(wei)P溝道(dao)(dao)FET的(de)“柵(zha)極電(dian)流(liu)”很(hen)低。然而，由于(yu)P溝道(dao)(dao)FET具(ju)(ju)有(you)相對大的(de)柵(zha)極電(dian)容(rong)，因(yin)(yin)(yin)此它需要外(wai)接具(ju)(ju)有(you)特(te)定范圍容(rong)量與ESR的(de)電(dian)容(rong)才能穩(wen)定工作。

N溝(gou)(gou)道FET穩(wen)壓(ya)(ya)器非常適(shi)合(he)那些要求低(di)(di)壓(ya)(ya)差(cha)、低(di)(di)接地電(dian)流(liu)和高負載電(dian)流(liu)的設備使用。用于旁路管采(cai)用的是(shi)N溝(gou)(gou)道FET，因此這種穩(wen)壓(ya)(ya)器的壓(ya)(ya)差(cha)和接地電(dian)流(liu)都(dou)很低(di)(di)。雖然(ran)它也需要外(wai)接電(dian)容才能穩(wen)定工作，但電(dian)容值不用很大，ESR也不重要。N溝(gou)(gou)道FET穩(wen)壓(ya)(ya)器需要充(chong)電(dian)泵來建立柵極偏置電(dian)壓(ya)(ya)，因此電(dian)路相(xiang)對復雜一(yi)些。幸運的是(shi)，相(xiang)同負載電(dian)流(liu)下N溝(gou)(gou)道FET尺寸最多時可比P溝(gou)(gou)道FET小(xiao)50%。