低压差线性稳压器设计要点

1 线性稳压器基本类型及LDO的主要特点

1．1 线性稳压器的5种基本类型

线性稳压器的5种基本类型如图l所示。其中图1(a)为传统的NPN型线性稳压器，其输入一输出压差超过2．5～3V，I为驱动电流(下同)。其中图1(b)为准低压差线性稳压器(QLDO，Quasi Low Dropout Linear Regulator)，其压差可减小到0．9~1．5V。其中图1(c)为PNP型低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Linear Regulator)，其压差仅为0．3~0．6V。图l(d)为由P沟道MOS管构成的PMOS超低压差线性稳压器(VLDO，Verv Low Dropout Linear Regulator)，其压差可降至100mV左右。图1(e)为由N沟道MOS管构成的NMOSVLDO，其压差压差可低至几十毫伏。

上述5种线性稳压器的压差计算公式如表1所列。

1．2 LDO的主要特点

LDO的主要特点是可最大限度地降低调整管压降，从而大大减小了输入一输出压差，使稳压器能在输入电压略高于额定输出电压的条件下工作。例如，传统的线性稳压器7805或LM317，要求输入电压必须比输出电压高出2．5～3V才能正常工作。为获得+5V输出，就需要+8V的输入电压。与之相比，新型低压差稳压器的输入电压只需高于+5．3V，即可获得+5V输出。从电源效率上看，LM317工作在+3．3V、1A时的效率低于50％，若采用Micrel公司的MIC5156型3．3V大电流LDO，则当输入电压略高于3．3V时其效率高达95％。

LDO与开关稳压器相比，主要有以下6个优点：

(1)稳压性能好；

(2)低噪声(可达几十个微伏，无开关噪声)、低纹波(电源抑制比可达60~70dB)，这对于无线电和通信设备至关重要；

(3)低静态电流(超βLDO的静态电流可低至几微安至几十微安)，低功耗，当输入电压与输出电压接近时可达到很高的效率；

(4)具有快速响应能力，能对负载及输入电压的变化做出快速反应；

(5)外围电路简单(仅用两只电容器)，使用方便；

(6)成本低廉。

2 LDO的电路设计要点

对于特定的应用，可根据设计条件来选择最合适的LDO。设计条件主要包括输入电源的类型(电池或者交流电源)、输出电压及电压精度、最大负载电流、静态(即空载条件下的)电流、特点(有无关断、故障标志输出等功能)。设计LD0时主要应考虑以下问题。

2．1 输出电压

固定输出式LD0的外围电路简单，使用方便，并且能节省外部取样电阻分压器的成本和空间。其输出电压值在出厂时已趋于一致(仅限于通用电压)，输出电压精度一般为±5％，这对于大多数应用已经足够了。新型LD0采用激光修正技术，精度指标可达±1％～±2％。特别需要注意产品说明书所给出精度指标的适用条件，例如是在室温下还是在整个工作温度范围内，是满载条件下还是在中等负载或空载条件下。

可调输出式LD0允许在规定范围内连续调节输出电压。若将输出端与反馈端相连，使输出电压等于内部基准电压，则最低输出电压一般为1．2V左右。

2．2 最大输出电流

最大输出电流是LDO的一个基本参数。通常，输出电流越大，LD0的价格越高。LDO必须能在最不利的工作条件下给负载提供足够的电流。

2．3 输入电压

要求输入电压必须大于额定输出电压与输入一输出压差之和，即U1>U0+△U。否则LDO将失去稳压功能，输出电压会随输入电压而改变，此时U0就等于输入电压减去调整管导通电阻(RON)与负载电流的乘积，即U0=U1-RONI0。

2．4 压差

压差是LDO的重要参数，它表示输入与输出之间的电位差。LD0的压差越小越好。但是当输入电压不能满足"最小压差"的要求时，LD0就无法正常工作。此时误差放大器会进入完全导通状态，使环路的增益变为零，对负载的稳压能力会变得很差，电源抑制比也大幅度降低。

需要注意以下几点：

第一，在LD0的参数表中可以有多个甚至多组压差数据，例如在轻载、中等负载、满载条件下压差的最小值、典型值和最大值。其中，典型值仅供设计时参考。最具有实际意义的应是满载条件下压差的最大值，该参数值是在最不利的情况下测得的。设计时应以此为依据，以便留出足够的余量，确保LDO在最坏的情况下也能正常工作。

第二，为可靠起见，有时可按U1=U0+△U+lV的关系式来选择最低输入电压值。

第三，输入一输出压差并非固定值，它随输出电流的增加而增大，随温度升高而增加。

2．5 静态电流

静态电流是指在空载条件下或关断输出时，LDO内部流向地的总电流。静态电流越小，稳压器的功耗越低，在某些应用中，经常选择待机模式将输出关断，此时电池的使用寿命就取决于静态电流的大小。最近推出的新型LD0，静态电流可低至75～150μA，并且比普通LDO的稳压特性更好。需要强调的是LDO的静态电流不是一个固定值，它随负载电流的增大而增加。但VLDO的静态电流可近似认为是恒定值。

2．6 输入电源类型

输入电源有两种类型，一种是直流电源，另一种是交流电源。采用交流电时，首先要经过电源变压器和整流滤波器变成直流电，然后给LD0提供输入电压，此时LDO的压差已不再是关键指标，因为通过增加电源变压器二次绕组的匝数，很容易提高LDO的输入电压，满足LDO对压差的需要。

来源：电子设计技术论坛