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L(zhǎng)DO)廣泛用于許多行業(yè)的各類(lèi)電子應(yīng)用。一般認(rèn)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(jiǎn)單而便宜的方法。但是，成本和簡(jiǎn)單性并非其得到廣泛使用的唯一原因。事實(shí)上，如今的系統(tǒng)隨著每種新設(shè)計(jì)的出現(xiàn)而變得越來(lái)越復(fù)雜、對(duì)噪聲的反應(yīng)更加敏感并且更加耗電。各種功率水平的開(kāi)關(guān)電源的廣泛使用，意味著設(shè)計(jì)工程師必須花更多時(shí)間考慮如何避免噪聲耦合和干擾，同時(shí)還要提高系統(tǒng)效率，所以成本和簡(jiǎn)單性不是唯一的推動(dòng)因素。

對(duì)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(huì)列出針對(duì)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(shì)，就必須理解主要性能參數(shù)及其對(duì)既定負(fù)載的影響。設(shè)計(jì)工程師需要通過(guò)嚴(yán)密分析周?chē)娐窏l件，來(lái)確定LDO是否適合特定負(fù)載。

本文分析了LDO的主要性能參數(shù)，以及它們對(duì)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(jì)工程師在優(yōu)化系統(tǒng)時(shí)(特別是在電流水平較高時(shí))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(fù)載與有噪聲的電源相隔離。與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器不同，線性穩(wěn)壓器會(huì)在通路晶體管或MOSFET(用來(lái)調(diào)節(jié)和保持輸出電壓來(lái)達(dá)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(huì)是一個(gè)顯著劣勢(shì)，并可能導(dǎo)致熱問(wèn)題。所以，設(shè)計(jì)工程師需要通過(guò)盡可能降低LDO功率耗散，來(lái)提升系統(tǒng)效率和避免熱復(fù)雜性，這一點(diǎn)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(xiàng)非常重要的因素，但推動(dòng)LDO使用的主要因素是系統(tǒng)的功率要求和受電負(fù)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(wèn)題。

對(duì)于電流消耗非常低的負(fù)載，LDO的功率耗散非常小，所以由于其簡(jiǎn)單、成本低和易用性而成為必然之選。但是，對(duì)于電流消耗大于500mA的負(fù)載，其他因素變得更重要，有時(shí)甚至很關(guān)鍵。在這類(lèi)應(yīng)用中，系統(tǒng)工程師應(yīng)當(dāng)對(duì)那些在較高電流水平條件下重要性會(huì)提升的性能參數(shù)多加考慮，如壓差、負(fù)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(diǎn)是要理解通路元件是LDO的核心，且該核心及其周?chē)娐穼?duì)LDO的性能具有決定性影響。

LDO內(nèi)部

LDO包含三個(gè)基本功能元件：一個(gè)參考電壓、一個(gè)通路元件和一個(gè)誤差信號(hào)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(lái)自誤差信號(hào)放大器的補(bǔ)償控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，誤差信號(hào)放大器可感測(cè)輸出電壓并將其與參考電壓進(jìn)行比較。所有這些功能塊都會(huì)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(shuō)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(jì)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(dòng)電流與輸出電流成比例。這會(huì)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(dòng)的電壓，使其靜態(tài)電流顯著低于基于晶體管的穩(wěn)壓器。