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。

　　2．7 LDO的附加功能

　　(1)通/断控制功能允许用机械开关、门电路或单片机来关断LDO的输出，使之进入低功耗的待机模式(亦称备用模式)。

　　(2)输入电压反极性保护功能用来防止当输入电压极性接反时损坏LDO。

　　(3)故障标记输出功能当输出电压(或输入电压)低于规定阈值电压时，LD0能输出故障标记信号。微处理器在接收到此信号后，可及时完成数据存储等项工作。

　　(4)瞬变电压保护功能将LDO用于汽车电子设备时，需要对负载的瞬态变化(如突然卸载)进行保护。一旦输出端出现瞬变电压，立即将输出关断。等瞬变电压过去之后，又迅速恢复正常工作。

　　(5)跟踪能力 某些多路输出式LDO需要具有跟踪能力，其中一路或几路辅助输出电压能自动跟踪主输出电压的变化，并及时调整自己的输出电压值，以减小各路输出之间的相对变化量。

　　(6)排序所谓排序，就是在多个稳压电源构成的电源系统中，使每个稳压电源的输出都能按照规定的顺序接通或关断。

　　(7)可编程可编程是指在规定范围内对LDO的输出电压进行编程，设定输出电压值。对LDO进行编程有以下3种方式：一次性可编程；非易失性多次可编程；易失性多次可编程。