介绍低压差稳压器的基本结构和使用技巧

本文介绍低压差稳压器（LDO）的基本结构和使用技巧以确保其稳定工作。我们还讨论ADI公司LDO系列产品的设计特点，这些特点可提供一种保持动态稳定性和直流（DC）稳定性的灵活方法。

　　问：什么是LDO？如何使用它们？

　　答：稳压器用于提供一种不随负载阻抗、输入电压、温度和时间变化而变化稳定的电源电压。低压差稳压器因其能够在电源电压（输入端）与负载电压（输出端）之间保持微小压差而著称。例如，如果锂电池电压从4.2 V（全充电）下降到2.7V（几乎全放电），而LDO可在负载端保持2.5 V恒定电压。

　　便携式应用的日益增加使得设计工程师考虑使用LDO保持所需的系统电压，而与电池充电状态无关。便携式系统不是受益于LDO的唯一应用，任何需要稳定恒定电压，同时使上流电源电压最小（或者能处理上流电源大幅度波动）的设备都可以考虑使用LDO。典型实例包括使用数字和射频（RF）负载的电路。

　　“线性”串联稳压器（见图1）通常包括一个基准电压源、一个比例输出电压与基准电压比较环节、一个反馈放大器和一个串联调整管组成（双极型晶体管或FET管）组成，用放大器控制稳压器的压降维持要求的输出电压值。例如，如果负载电流下降，会引起输出电压显著上升，误差电压增大，放大器的输出上升，调整管两端的电压会增加，因此输出电压回到其原始值。

图1. 基本的增强型PMOS LDO

　　在图1中，误差放大器和PMOS晶体管构成压控电流源。输出电压V_OUT按分压比（R₁，R₂）成比例下降，并且将其与基准电压（V_REF）比较。误差放大器的输出控制增强型PMOS晶体管。

　　稳压器的“压差”是指输出电压与输入电压之间的压差，如果此输入电压继续减小那么该电路便不能稳压。通常认为当输出电压下降到低于标称值100 mV时是达到的目标。表征这LDO稳压器的关键指标取决于负载电流和调整管的PN结温度。

　　问：如何根据压差对稳压器分类？

　　答：我们建议分为三类：标准稳压器、准LDO和LDO。

　　标准稳压器，通常使用NPN调整管，通常输出管的压降大约为2 V。

　　准LDO稳压器，通常使用达林顿复合管结构（见图2）以便实现由一只NPN晶体管和一只PNP 晶体管组成的调整管。这种复合管的压降，V_SAT (PNP) ＋ V_BE (NPN)通常大约为1 V——比LDO高但比标准稳压器低。

图2. 准LDO电路

　　LDO稳压器通常根据压差要求作最佳选择，通常压差在100 mV～200 mV范围。然而，LDO的缺点是其接地引脚的电流通常比准LDO或标准稳压器大。

　　标准稳压器比其它类型稳压器具有较大的压差，较大的功耗和较低的效率。大多数情况下可使用LDO稳压器代替标准稳压器，但是应该考虑到LDO稳压器的最大输入电压指标比标准稳压器低。此外，有些LDO需要精心挑选外部电容器以保持稳定性。这三种类型稳压器在带宽和动态稳定性考虑因素方面也有些不同。

　　问：如何为我的应用选择最佳稳压器？

　　答：为特定的应用选择合适的稳压器，需要考虑输入电压的类型和范围（例如稳压器前面的DC/DC变换器或开关电源的输出电压）。其它重要考虑因素是：需要的输出电压、最大负载电流、最小压差、静态电流和功耗。通常，稳压器的附加功能可能很有用，例如待机引脚或指示稳压失效的错误标志。

　　为了选择合适类型的LDO，需要考虑输入电压源。在电池供电应用中，当电池放电时，LDO必须维持所需的系统电压。如果DC输入电压是由经过整流的AC电源提供，那么压差并不重要，因此标准稳压器可能是更好的选择，因为其更价格较低并且可以提供较大的负载电流。但是如果需要较低功耗或较精密的输出电压，则LDO是合适的选择。

　　当然，稳压器应该在最坏工作环境达到规定精度的条件下能够为负载提供足够大的电流。

　　LDO结构

　　在图1中，调整管是PMOS晶体管。然而，稳压器可能使用各种类型的调整管，因此可以根据所使用的调整管类型对LDO分类。不同结构和特性的LDO具有不同的优点和缺点。

　　四种类型调整管示例如图3所示，包括NPN双极型晶体管、PNP双极型晶体管、复合晶体管和PMOS晶体管。

图3. 调整管示例

　　对于给定的电源电压，双极型调整管可提供最大的输出电流。PNP优于NPN，因为PNP的基极可以与地连接，必要时使晶体管完全饱和。NPN的基极只能与尽可能高的电源电压连接，从而使最小压降限制到一个VBE结压降。因此，NPN管和复合调整管不能提供小于1 V的压差。然而它们在需要宽带宽和抗容性负载干扰时非常有用（因为它们具有低输出阻抗ZOUT特性）。

PMOS和PNP晶体管可以快速达到饱和，从而能使调整管电压损耗和功耗最小，从而允许用作低压差、低功耗稳压器。PMOS调整管可以提供尽可能最低的电压降，大约等于RDS(ON)×IL。它允