作者：曹會(huì)賓

        本文介紹了低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的基本原理及選用原則，并將其應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)之中。這種設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的多路輸出設(shè)計(jì)，減小了負(fù)載調(diào)整率，有效地抑制了電磁干擾(EMI)，并加強(qiáng)了開(kāi)關(guān)電源的過(guò)流保護(hù)功能。

        電源是各種電子設(shè)備必不可缺少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類，由于開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，開(kāi)關(guān)電源效率可達(dá)80%~90%，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍，目前已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。本文介紹一種應(yīng)用低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)優(yōu)化開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案的可行性通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

        LDO的基本原理

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

圖1：低壓差線性穩(wěn)壓器基本電路。

        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(zhǔn)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(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時(shí)，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動(dòng)電流增加，串聯(lián)調(diào)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(guò)所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過(guò)程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。

        應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，實(shí)際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負(fù)載短路保護(hù)、過(guò)壓關(guān)斷、過(guò)熱關(guān)斷、反接保護(hù)等，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用MOSFET。

        LDO的選用原則

        1. 輸入輸出電壓差

        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)定的前提下，該電壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。

        2. 最大輸出電流

        用電設(shè)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(yīng)根據(jù)各部分所需要的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆�(wěn)壓器。

        3. 負(fù)載調(diào)整率

        負(fù)載調(diào)整率是眾多電源設(shè)備一個(gè)非常重要的參數(shù)，它反映了電源抑制負(fù)載干擾的能力，負(fù)載調(diào)整率越低，輸出負(fù)載對(duì)輸出電壓的影響越小，LDO的品質(zhì)就越好。

        4. 接地電流

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

圖2：LDO應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源原理。

        5. 輸出電容器

        典型LDO需要增加外部輸入和輸出電容器。利用較低ESR的大電容器一般可以全面提高電源抑制比(PSRR)、噪聲以及瞬態(tài)性能。

        陶瓷電容器通常是首選，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格低而且故障模式是斷路，相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路。輸出電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)會(huì)影響其穩(wěn)定性，陶瓷電容器具有較低的ESR，大概為10 mΩ量級(jí)，而鉭電容器ESR在100 mΩ量級(jí)。另外，許多鉭電容器的ESR隨溫度變化很大，會(huì)對(duì)LDO性能產(chǎn)生不利影響。電容的具體應(yīng)用需要咨詢LDO廠商以確保正確實(shí)施。