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2008-06-25 15:13
LDO 的基本原理与应用
一．LDO 的基本原理
低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1-1所示，该电路由串联调整管VT 、取样电阻R1和R2、比较放大器A 组成。
取样电压加在比较器A 的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref 相比较
，两者的差值经放大器A 放大后，控制串联调整管的压降，从而 稳定输出电压
。当输出电压Uout 降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出
的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相 反，若输出
电压Uout 超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输
出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较 放大器
和输出晶体管回路反应速度的限制。
应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护
、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
二．低压差线性稳压器的主要参数
1．输出电压(Output Voltage)
输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电 压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不 可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。
2．最大输出电流(Maximum Output Current)
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。
3．输入输出电压差(Dropout Voltage)
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V 的低压差线性稳压器，只要输入5.5V 电压，就能使输出电压稳定在5.0V 。
4．接地电流(Ground Pin Current)
接地电路IGND 是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，但是采用PNP 晶体管作串联调整管元件时，这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。5．负载调整率(Load Regulation)
负载调整率可以通过图2-1和式2-1来定义，LDO 的负载调整率越小，说明LDO 抑制负载干扰的能力越强。图1-1 低压差线性稳压器基本电路
图2-1 Output Voltage&Output Current
(2-1)
式中
△Vload—负载调整率
Imax—LDO最大输出电流
Vt—输出电流为Imax 时，LDO 的输出电压
Vo—输出电流为0.1mA 时，LDO 的输出电压
△V—负载电流分别为0.1mA 和Imax 时的输出电压之差
6．线性调整率(Line Regulation)
线性调整率可以通过图2-2和式2-2来定义，LDO 的线性调整率越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO 的性能越好。
图2-2 Output Voltage&Input Voltage
(2-2)
式中
△Vline—LDO线性调整率
Vo—LDO名义输出电压
Vmax—LDO最大输入电压
△V—LDO输入Vo 到Vmax' 输出电压最大值和最小值之差
7．电源抑制比(PSSR)
的输入源往往许多干扰信号存在反映了对于这些干扰信号的抑制能力
LDO
的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR 反映了LDO 对于这些干扰信号的抑制能力。
三．LDO 的典型应用
低压差线性稳压器的典型应用如图3-1所示。图3-1(a)所示电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要 的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交 流噪声。
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如图3-1 (b)所示。低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完 毕时，仍可保证输出电压稳定。
众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影 响。在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如图2-3(c)所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也 不会明显降低。
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省 共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控 制功能的供电系统如图3-1(d)所示。
附注：
1）什么是线性稳压电源？有什么特点？
发表于 2007-3-30 14:55:16
根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小电源。
这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可这么来理解：R W （见下面的分析）是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。
线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低(现在经常看的LDO 就是为了解决效率问题而出现的) ；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。
工作原理：我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。如下图所示，可变电阻RW 跟负载电阻RL 组成一个分压电路，输出电压为：
Uo=Ui×RL /(RW +RL ) ，因此通过调节R W 的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻R W 的值变化，Uo 的输出并不是线性的，但如果把R W 和R L 一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将R W 的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。
让我们继续：如果我们用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。
像图1所示的那样，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。相应的，还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。所谓并联的意思，就是象图2中的稳压管那样，通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”，也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的，但细心一看，确实如此。不过，大家在此还要注意一下：此处的稳压管，是利用它的非线性区工作的，因此，如果认为它是一个电源，它也是一个非线性电源。为了便于大家理解，回头我们找一个理适合的图来看，直到可以简明地看懂为止。
由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。想要更详细的了解线性稳压电源，请参看模拟电子线路教科书。这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。
图1
一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图，省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。
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LDO 的基本原理与应用
一．LDO 的基本原理
低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1-1所示，该电路由串联调整管VT 、取样电阻R1和R2、比较放大器A 组成。
取样电压加在比较器A 的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref 相比较
，两者的差值经放大器A 放大后，控制串联调整管的压降，从而 稳定输出电压
。当输出电压Uout 降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出
的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相 反，若输出
电压Uout 超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输
出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较 放大器
和输出晶体管回路反应速度的限制。
应当说明，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护
、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
二．低压差线性稳压器的主要参数
1．输出电压(Output Voltage)
输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电 压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值，不 可能满足所有的应用要求，但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。
2．最大输出电流(Maximum Output Current)
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。
3．输入输出电压差(Dropout Voltage)
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。比如，5.0V 的低压差线性稳压器，只要输入5.5V 电压，就能使输出电压稳定在5.0V 。
4．接地电流(Ground Pin Current)
接地电路IGND 是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，但是采用PNP 晶体管作串联调整管元件时，这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。5．负载调整率(Load Regulation)
负载调整率可以通过图2-1和式2-1来定义，LDO 的负载调整率越小，说明LDO 抑制负载干扰的能力越强。图1-1 低压差线性稳压器基本电路
图2-1 Output Voltage&Output Current
(2-1)
式中
△Vload—负载调整率
Imax—LDO最大输出电流
Vt—输出电流为Imax 时，LDO 的输出电压
Vo—输出电流为0.1mA 时，LDO 的输出电压
△V—负载电流分别为0.1mA 和Imax 时的输出电压之差
6．线性调整率(Line Regulation)
线性调整率可以通过图2-2和式2-2来定义，LDO 的线性调整率越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO 的性能越好。
图2-2 Output Voltage&Input Voltage
(2-2)
式中
△Vline—LDO线性调整率
Vo—LDO名义输出电压
Vmax—LDO最大输入电压
△V—LDO输入Vo 到Vmax' 输出电压最大值和最小值之差
7．电源抑制比(PSSR)
的输入源往往许多干扰信号存在反映了对于这些干扰信号的抑制能力
LDO
的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR 反映了LDO 对于这些干扰信号的抑制能力。
三．LDO 的典型应用
低压差线性稳压器的典型应用如图3-1所示。图3-1(a)所示电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要 的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交 流噪声。
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如图3-1 (b)所示。低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完 毕时，仍可保证输出电压稳定。
众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影 响。在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如图2-3(c)所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也 不会明显降低。
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省 共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控 制功能的供电系统如图3-1(d)所示。
附注：
1）什么是线性稳压电源？有什么特点？
发表于 2007-3-30 14:55:16
根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小电源。
这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可这么来理解：R W （见下面的分析）是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。
线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低(现在经常看的LDO 就是为了解决效率问题而出现的) ；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。
工作原理：我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。如下图所示，可变电阻RW 跟负载电阻RL 组成一个分压电路，输出电压为：
Uo=Ui×RL /(RW +RL ) ，因此通过调节R W 的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻R W 的值变化，Uo 的输出并不是线性的，但如果把R W 和R L 一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将R W 的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。
让我们继续：如果我们用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。
像图1所示的那样，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。相应的，还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。所谓并联的意思，就是象图2中的稳压管那样，通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”，也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的，但细心一看，确实如此。不过，大家在此还要注意一下：此处的稳压管，是利用它的非线性区工作的，因此，如果认为它是一个电源，它也是一个非线性电源。为了便于大家理解，回头我们找一个理适合的图来看，直到可以简明地看懂为止。
由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。想要更详细的了解线性稳压电源，请参看模拟电子线路教科书。这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。
图1
一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图，省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。