理解線性穩(wěn)壓器及其主要性能參數(shù)

低壓差穩(wěn)壓器(通常稱為LDO)廣泛用于許多行業(yè)的各類電子應(yīng)用。一般認為，LDO是調(diào)節(jié)和控制由較高輸入電壓電源提供的輸出電壓的一種簡單而便宜的方法。但是，成本和簡單性并非其得到廣泛使用的唯一原因。事實上，如今的系統(tǒng)隨著每種新設(shè)計的出現(xiàn)而變得越來越復(fù)雜、對噪聲的反應(yīng)更加敏感并且更加耗電。各種功率水平的開關(guān)電源的廣泛使用，意味著設(shè)計工程師必須花更多時間考慮如何避免噪聲耦合和干擾，同時還要提高系統(tǒng)效率，所以成本和簡單性不是唯一的推動因素。

對大多數(shù)應(yīng)用而言，產(chǎn)品數(shù)據(jù)表的基本參數(shù)的規(guī)格明白易懂。遺憾的是，產(chǎn)品數(shù)據(jù)表并不會列出針對每種可能的電路條件的參數(shù)。因此，若要發(fā)揮LDO的最大優(yōu)勢，就必須理解主要性能參數(shù)及其對既定負載的影響。設(shè)計工程師需要通過嚴(yán)密分析周圍電路條件，來確定LDO是否適合特定負載。

本文分析了LDO的主要性能參數(shù)，以及它們對于向電子系統(tǒng)中的各種器件提供干凈的輸出電壓的影響，另外還將討論設(shè)計工程師在優(yōu)化系統(tǒng)時(特別是在電流水平較高時)必須考慮的因素。

如何在應(yīng)用中使用LDO

在大多數(shù)應(yīng)用中，LDO主要用于將靈敏的負載與有噪聲的電源相隔離。與開關(guān)穩(wěn)壓器不同，線性穩(wěn)壓器會在通路晶體管或MOSFET(用來調(diào)節(jié)和保持輸出電壓來達到所需的精度)中造成功率耗散。因此，就效率而言，LDO的功率耗散會是一個顯著劣勢，并可能導(dǎo)致熱問題。所以，設(shè)計工程師需要通過盡可能降低LDO功率耗散，來提升系統(tǒng)效率和避免熱復(fù)雜性，這一點很重要。

LDO是用于電壓調(diào)節(jié)的最老和最常用器件;然而，其許多主要性能參數(shù)并未得到人們的充分理解或至少未被最大限度地加以利用。盡管成本是一項非常重要的因素，但推動LDO使用的主要因素是系統(tǒng)的功率要求和受電負載可接受的噪聲水平。LDO還可用于降噪，以及修復(fù)由電磁干擾(EMI)和印刷電路板(PCB)布線造成的問題。

對于電流消耗非常低的負載，LDO的功率耗散非常小，所以由于其簡單、成本低和易用性而成為必然之選。但是，對于電流消耗大于500mA的負載，其他因素變得更重要，有時甚至很關(guān)鍵。在這類應(yīng)用中，系統(tǒng)工程師應(yīng)當(dāng)對那些在較高電流水平條件下重要性會提升的性能參數(shù)多加考慮，如壓差、負載調(diào)節(jié)和瞬態(tài)性能。

LDO是線性穩(wěn)壓器的一種，所以人們常常拿它與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比，特別是在成本方面。很重要的一點是要理解通路元件是LDO的核心，且該核心及其周圍電路對LDO的性能具有決定性影響。

LDO內(nèi)部

LDO包含三個基本功能元件：一個參考電壓、一個通路元件和一個誤差信號放大器，如圖1所示。正常工作期間，通路元件充當(dāng)電壓控制器電流源。通路元件由來自誤差信號放大器的補償控制信號驅(qū)動，誤差信號放大器可感測輸出電壓并將其與參考電壓進行比較。所有這些功能塊都會影響LDO的性能。LDO生產(chǎn)商的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表始終包括相應(yīng)規(guī)格，用以說明這些功能元件的性能。

圖1：LDO框圖

從圖2可以看出，LDO穩(wěn)壓器設(shè)計中通常有四種不同的通路元件：基于NPN型晶體管的穩(wěn)壓器、基于PNP型晶體管的穩(wěn)壓器、N通道基于MOSFET的穩(wěn)壓器和P通道基于MOSFET的穩(wěn)壓器。

圖2：LDO穩(wěn)壓器中使用的四種不同的晶體管

通常，基于晶體管的穩(wěn)壓器比基于MOSFET的穩(wěn)壓器具有更高的壓差。另外，基于晶體管的穩(wěn)壓器的晶體管通路元件的基極驅(qū)動電流與輸出電流成比例。這會直接影響基于晶體管的穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流。相比之下，MOSFET通路元件使用隔離柵極驅(qū)動的電壓，使其靜態(tài)電流顯著低于基于晶體管的穩(wěn)壓器。