LDO

引言

便攜電子設備不管是由交流市電經(jīng)過整流(或交流適配器)后供電，還是由蓄電池組供電，工作過程中，電源電壓都將在很大范圍內變化。比如單體鋰離子電池充足電時的電壓為4.2V，放完電后的電壓為2.3V，變化范圍很大。各種整流器的輸出電壓不僅受市電電壓變化的影響，還受負載變化的影響。為了保證供電電壓穩(wěn)定不變，幾乎所有的電子設備都采用穩(wěn)壓器供電。小型精密電子設備還要求電源非常干凈(無紋波、無噪聲)，以免影響電子設備正常工作。為了滿足精密電子設備的要求，應在電源的輸入端加入線性穩(wěn)壓器，以保證電源電壓恒定和實現(xiàn)有源噪聲濾波[1]。

一.LDO的基本原理

低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本電路如圖1-1所示，該電路由串聯(lián)調整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅動電流增加，串聯(lián)調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進行，調整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。

圖1-1 低壓差線性穩(wěn)壓器基本電路

應當說明，實際的線性穩(wěn)壓器還應當具有許多其它的功能，比如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等，而且串聯(lián)調整管也可以采用MOSFET。

二.低壓差線性穩(wěn)壓器的主要參數(shù)

1.輸出電壓(Output Voltage)

輸出電壓是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設備設計者選用穩(wěn)壓器時首先應考慮的參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調輸出電壓兩種類型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過廠家精密調整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。但是其設定的輸出電壓數(shù)值均為常用電壓值，不可能滿足所有的應用要求，但是外接元件數(shù)值的變化將影響穩(wěn)定精度。

2.最大輸出電流(Maximum Output Current)

用電設備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當?shù)姆€(wěn)壓器。

3.輸入輸出電壓差(Dropout Voltage)

輸入輸出電壓差是低壓差線性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。

4.接地電流(Ground Pin Current)

接地電路IGND是指串聯(lián)調整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態(tài)電流，但是采用PNP晶體管作串聯(lián)調整管元件時，這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差穩(wěn)壓器的接地電流很小。

5.負載調整率(Load Regulation)

負載調整率可以通過圖2-1和式2-1來定義，LDO的負載調整率越小，說明LDO抑制負載干擾的能力越強。

圖2-1 輸出電壓和輸出電流

式中

△Vload—負載調整率

Imax—LDO最大輸出電流

Vt—輸出電流為Imax時，LDO的輸出電壓

Vo—輸出電流為0.1mA時，LDO的輸出電壓

△V—負載電流分別為0.1mA和Imax時的輸出電壓之差