LDO线性稳压器

发布时间:[ 2022-05-27 08:33:53]

LDO 是一种线性稳压器。在线性区域运行的晶体管或 FET,过度电压从应用的输入电压中减去,产生调整后的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压保持在额定值上下 100mV 输入电压与输出电压差的较小值。

正输出电压LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称传输设备)作为 PNP。晶体管允许饱和,因此稳压器可以有非常低的压降电压,通常是 200mV 左右;相比之下,使用 NPN 传统的复合电源晶体管线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为其传输设备,其运行模式和正输出 LDO 的 PNP设备类似。

更新开发使用 CMOS 能提供较低压降电压的功率晶体管。CMOS,通过稳压器的一电压降是电源设备的负载电流 ON 电阻。假如负载较小,这样产生的压降只有几十毫伏。


LDO低压差线性稳压器的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、能量电路、调整元件、参考源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路。基本工作原理如下:系统电源,如果能量脚高,电路开始启动,恒流源电路偏置整个电路,基准源电压快速建立,输出随着输入上升,当输出即将达到规定值时,反馈网络获得的输出反馈电压也接近参考电压值,误差放大器放大输出反馈电压与参考电压之间的误差信号,然后通过调整管放大到输出,形成负反馈,确保输出电压稳定在规定值上,如果输入电压或输出电流发生变化,闭环电路将保持输出电压不变,即:Vout=(R1 R2)/R2 &TImes;Vref

实际的低压差线性稳压器还具有负载短路保护、过压关闭、过热关闭、反保护等功能。

二、LDO原理分析

根据调整管的工作状态,我们经常将稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两类。此外,还有一个使用稳压管的小电源。线性稳压电源是指在线状态下调整管的直流稳压电源。开关电源不同,开关管在开关状态下工作。简要介绍以下分类:

NPN稳压管:内用一个PNP控制达林顿调整管。LDO稳压管:调节管是一种PNP管。

Squasi-LDO:由一个调整管PNP管控制一个NPN管 LDO(low drop output)低压差线性稳压器

LDO工作原理是通过反馈调整MOSFET的Vsd压降保持输出电压不变。输出电压纹波小,电流小RF电压要求高的电路,如模块或音频模块。其特点是成本低,噪音低。缺点是效率低,输出电流小,只能用于降压。必须注意的是,负反馈必须用于稳定电路。

下面这是LDO S-1167 Series基本原理图。


该电路主要由串联调节管、取样电阻和比较放大器组成。取样电压加在比较放大器的同相输入端,加在反相输入端的基准电压Uref相比之下,两者之间的差值是放大器A放大后,控制串联调节管的压降,稳定输出电压。输出电压时Uout当降低时,基准电压与取样电压的差值增加,与放大器输出的驱动电流相比,串联调整管压降降降低,从而增加输出电压。相反,如果输出电压Uout超过所需的设定值,比较放大器输出的前驱动电流降低,从而降低输出电压。在供电过程中,输出电压连续校正,调整时间仅限于比较放大器和串联调整管回路的响应速度。环内的负反馈总是迫使比较放大器调整输入两端的电压。

稳压管的另一个重要指标是稳定性。在我们的设计线路中,我们经常看到输出端有大大小小的电容器。它的作用是什么?以下是稳压管的反馈和电路稳定性的具体分析。上述三种稳压管:

1、NPN稳压管



例如:LM340 LM317 老三端稳压管

2、LDO稳压管



例如:S-1167 Series

3、准LDO稳压器



三种稳压器较大的区别在于压降和接地引脚电流。NPN和准LDO的稳压管在调整管上稍微复杂点,所以压降也大些。达林管的增益很高,所以只需要很小的电流就可以驱动,准LDO也是这样,IGND很小。PNP管道的放大系数一般为15-20,LDO的IGND电流可达负载电流的7%。NPN稳压管较大的优点是无条件稳定(大部分不需要外接电容),LDO为了减少电路带宽,提供一些正相位补偿,需要在输出端添加电容。

所有稳压器都使用负反馈电路来保持输出电压的稳定性。但反馈信号在通过电路后会有一定的增益和相位变化。如果反馈信号相位变化为180度,则负反馈将成为正反馈,导致输出不稳定。因此,反馈信号需要至少20度,以确保电路的稳定性。(相位裕度定义为电路总相位偏移和-180度的差)。

三、LDO的相关参数

1、输出电压(Output Voltage)

输出电压是低压差线性稳压器较重要的参数,也是电子设备设计师在选择稳压器时应考虑的*个参数。低压差线性稳压器有两种类型:固定输出电压和可调输出电压。固定输出电压稳压器使用方便,由于输出电压由制造商精确调整,稳压器精度非常高。但设定的输出电压值为常用电压值,不能满足所有应用要求,但外部元件值的变化会影响稳定精度。

2.较大输出电流(Maximum Output Current)

电气设备的功率不同,稳压器输出的较大电流也不同。通常,输出电流越大,稳压器的成本就越高。为了降低成本,在由多个稳压器组成的供电系统中,应根据各部件所需的电流值选择合适的稳压器。

3.输入输出电压差(Dropout Voltage)

输入输出电压差是低压差线性稳压器较重要的参数。电压差越低,线性稳压器的性能就越好。5.0V输入低压差线性稳压器5.5V电压可以稳定输出电压5.0V。4.接地电流(Ground Pin Current)

接地电路IGND是指串联调整管输出电流为零时,输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流,但是采用PNP当晶体管串联调整管元件时,这种习惯是不正确的。低压差稳压器的接地电流通常很小。5.负载调节率(Load RegulaTIon)

负载调节可以通过图表进行2-1和式2-1来定义,LDO的负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强。


其中Vload—负载调整率 I x—LDO较大输出电流

Vt—输出电流为I x时,LDO输出电压 Vo—输出电流为0.1mA时,LDO的输出电压

V—负载电流分别为0.1mA和I x输出电压差 6。线性调节率(Line RegulaTIon)

通过图可以通过线性调节率2-2和式2-2来定义,LDO线性调整率越小,输入电压变化对输出电压的影响越小,LDO性能越好。


Vline—LDO线性调整率 Vo—LDO名称输出电压 V x—LDO较大输入电压

V—LDO输入Vo到V x 7.电源抑制比(PSSR)

LDO许多干扰信号往往存在于输入源中。PSRR反映了LDO抑制这些干扰信号的能力。

四、LDO用途及注意事项

低压差线性稳压器的典型应用如图所示3-1所示。图3-1(a)所示电路是较常见的AC/DC电源、交流电源电压通过变压器转换为所需电压,整流后转换为直流电压。在电路中,低压差线性稳压器稳定输出电压,抑制纹波电压,消除电源产生的交流噪声。

各种电池的工作电压在一定范围内发生变化。为了保证电池组输出的恒定电压,压差线性稳压器通常应连接到电池组输出端,如图所示3-1(b)所示。低压差线性稳压器功率低,可延长电池使用寿命。同时,由于低压差线性稳压器的输出电压接近输入电压,当电池接近放电时,仍能保证输出电压的稳定性。

众所周知,开关稳压电源效率高,但输出纹波电压高、噪声大、电压调节率差,尤其是模拟电路供电时。在开关稳压器输出端连接低压差线稳压器,如图所示2-3(c)因此,有源滤波可以实现,输出电压的稳压精度也可以大大提高,电源系统的效率也不会显著降低。

在某些应用中,例如,无线电通信设备通常只有一个足够的电池供电,但各部分的电路通常使用不同的相互隔离电压,因此必须由多个稳压器供电。为了节省共电池的功率,低压差线性稳压器通常希望在设备不工作时在睡眠状态下工作。因此,线性稳压器需要有一个能量控制端。单组电池供电的多路输出和具有开关控制功能的供电系统如图所示3-1(d)所示。






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