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知识中心LDO稳压电路图 LDO内部电路分析
2019-07-19 03:04:47
来源：朵拉利品网
1, LDO内部电路分析
我来回答你吧。这个电路的关键在于调整管状态的分析，首先回答你第三个问题，LDO也就是低压差线性稳压电源与串联型稳压电源最大的不同在于，调整管的工作状态。LDO中的调整管工作在饱和状态，运放控制的是饱和程度的高低，而串联型稳压电源，调整管工作在放大状态。这也就可以解释，为什么LDO的压差能做得那么小。很明显，三极管处于放大状态时，UCE至少要有1V以上，一般都是好几V。而饱和状态下，一般只有零点几V。这也就是低压差的根本原因。再回答你的第一个问题，运放净输入增大，输出自然增大。这样就导致发射结UBE电压减小，根据三极管输入特性曲线，UBE下降，则IB自然减小。再看输出特性曲线，IB减小后，在饱和区，IC也跟着大幅度下降，而整个电路的输出电流就是由调整管的IC电流决定的。之所以选用PNP管，也是跟状态有关系，PNP 管子做开关更容易（单片机驱动输出就经常这么做），只要运放输出介于发射极、集电极电压之间（确保发射结正偏，集电结正偏即可），而且由于需要变化的范围小，比较容易控制调整管的饱和程度。用NPN做开关，陷入饱和状态，理论上也可以，但是你自己看一下，此时它的饱和控制比较困难，一方面是运放输出，另一方面是，UE的电压（E刚好又在输出端） ，两者合成对UBE的控制，很困难。另外一点，从三极管的使用来看，三极管的集电极面积最大，最适合带负载，所以一般电路用三极管驱动的话，负载都在集电极上，而用NPN管的话，负载是在发射极上。这就导致了一个后果，你仔细看看，LDO往往可以用比较小的三极管实现比较大的电流输出，而NPN型电源，使用的管子很大，输出却很一般。相比之下，PNP型管的使用效率更高，成本也更低。从这个问题看，其实你只要对三极管特性掌握好一些，就可以自行分析了。
2, LDO是什么？LDO与DCDC的区别与选择
传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v，输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。LDO 是一种线性稳压器。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。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。DCDC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器，包括LDO。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DCDC。LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV,PSRR为60dB，静态电流6μA，电压降只有100mV。LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力， 输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最后有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，应为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。近几年来，随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封装。另外，如果开关频率提高到1MHz，还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。总的来说，升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。
相关概念
电压
电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。 其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特（V，简称伏），常用的单位还有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。此概念与水位高低所造成的“水压”相似。需要指出的是，“电压”一词一般只用于电路当中，“电势差”和“电位差”则普遍应用于一切电现象当中。
LDO
LDO（low dropout regulator）是指低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。LDO是新一代的集成电路稳压器，它与三端稳压器最大的不同点在于，LDO是一个自耗很低的微型片上系统。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、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。
稳压器
稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定。
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