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线性稳压器的原理和作用

字号+ 作者:520快报 来源:未知 2021-02-08 22:21 我要评论( )

线性稳压器 (Linear Regulator)使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。其产品均采用小型封装,具有出色的性能,并且提供热过载保护、安全限流等增值特性,关断模式还能大幅降低功耗。 概念 线

线性稳压器(Linear Regulator)使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。其产品均采用小型封装,具有出色的性能,并且提供热过载保护、安全限流等增值特性,关断模式还能大幅降低功耗。

概念

线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的 LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为 PNP.这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为 200mV 左右;与之相比,使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

原理

线性稳压器的基本电路如图所示,该电路由串联调整管VT、取样的ESR的需求构成了外部极。两个主导极点治疗会影响设备的性能,并会构成闭环重大影响的稳定性。

作用

线性稳压器的突出优点是具有最低的成本,最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少,通常只有一两个旁路电容。新型线性稳压器可达到以下指标:30μV 输出噪声、60dB PSRR、6μA 静态电流及100mV的压差。线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P沟道场效应管,而不是通常线性稳压器中的PNP晶体管。P沟道的场效应管不需要基极电流驱动,所以大大降低了器件本身的电流;另一方面,在采用PNP管的结构中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态降低输出能力,必须保证较大的输入输出压差;而P沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积,极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时,线性稳压器是最好的选择,可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用线性稳压器,尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用,但是线性稳压器仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。

低压差稳压器

低压差交流稳压器是一种输入电压大于输出电压的直流交流稳压器。它具有输出电压稳定,低输出纹波,低噪声的特点。LDO还具有封装体积小,外接元件少的特点。由于它的这些优点,LDO被广泛应用于通讯设备、汽车电子产品、工业和医疗仪器设备。当前随着大量的便携式电子设备的发展,比如PDA、移动电话、MP3等被广泛应用于人们的生活工作中。这些便携式电子设备体积小巧,且大多使用电池供电,LDO也很适合成为这类电子系统的供电方案。

由于LDO的输入电压和输出电压之间存在一个压差,当输出一定的负载电流时,会在LDO上消耗Power=UI的功率。这会影响LDO的效率,如果这个功率很大,还会导致LDO上的功率传输管发热,需要使用体积庞大的散热片,这样不利于LDO应用在便携式电子设备中。如果能尽量减小这个压差,这样LDO不但能起到稳压的作用,还能有较高的效率,在输出较大负载电流时也不会发热。

当前无线通讯设备在我们的工作生活中发挥着越来越重要的重要,比如手机、无线上网本、蓝牙(Blue tooth)等。这些无线设备的体积小巧,且作为手持式移动设备一般采用电池来供电,这样小体积且外接元件少的LDO是它们合适的供电方案

但无线通讯设备的射频发送器的开关动作会产生严重影响电源质量的噪声,比如手机的射频功放的开关频率为217Hz。射频功放在每次开关时都会从电源吸取很大的电流(典型情况下高达1.7A),使得在电池的等效串联电阻(ESR)上将产生高达500毫伏的突发压降。对于嵌入了高分辨率音频转换器和音频放大器的SoC来说,这种变化将危害SoC的总体性能,特别是音频模块的音频处理质量将受到严重影响,听得到嗡嗡的噪声。这种噪声的特点是可听得见,因为它不是随机的噪声。事实上,幅度低至10mV的噪声如果以一个固定速率发生就可以被人耳听见。这种噪声比更大幅度的随机噪声更让人不能接受。

低压差线性稳压器(LDO)使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。

正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为200mV左右;与之相比,使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。负输出LDO使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。更新的发展使用CMOS功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。

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