本來不打算介紹LDO，畢竟這一章是開關(guān)電源拓撲專題嘛，但因為LDO和BUCK電路有千絲萬縷的聯(lián)系，大部分開關(guān)電源學習都是從線性電源(LDO是線性電源的一種)引入的，而且二者在某些小功率場合也可以相互替代使用。所以還是把LDO部分拿出來作為一篇總結(jié)一下吧，以基本原理為重點。
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下圖1是模擬電路中學習過的最基本的穩(wěn)壓電路，核心器件是穩(wěn)壓管，它的穩(wěn)壓工作區(qū)間決定了輸出穩(wěn)壓的范圍，通過這種簡單電路，可以實現(xiàn)小電流（百mA級別），小動態(tài)范圍內(nèi)的穩(wěn)壓。圖1右邊電路僅多了一個2N3055三極管，目的就是提升輸出帶載能力，同時三極管還引入了電壓負反饋，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。
圖1.基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路
當輸入電壓Vin增大或輸出負載電阻增大，輸出電壓Vout會瞬間增加，三極管的射極電Ve壓隨之增大，如果基極電壓Vb不變，則Vb-Ve就會減小，進而輸出電流減小，Vout減小。上述基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路存在兩個問題：（1）輸出電壓不可調(diào)（2）輸出電壓Vout會受到Vbe電壓波動的影響，穩(wěn)定性較差。因此，目前LDO或線性穩(wěn)壓器通常會引入運算放大器，加深負反饋的同時提高輸出電壓穩(wěn)定性。
圖2. 通用LDO電路原理圖
圖2所示為通用LDO的原理結(jié)構(gòu)圖：在基本穩(wěn)壓管調(diào)整電路基礎(chǔ)上增加了運算放大器A和分壓電阻采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2。當輸入電壓Vin增大或輸出負載電阻增大，輸出電壓Vout會瞬間增加，通過R1、R2分壓采樣得到的電壓也增加，由于是反向端輸入，運放A的輸出會相應(yīng)減小，則Vb-Ve就會減小，進而輸出電流減小，Vout減小。下面介紹幾種目前常用的LDO或線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)：
圖3. 傳統(tǒng)NPN型穩(wěn)壓器
圖3所示，為最早的NPN型線性穩(wěn)壓器，在NPN穩(wěn)壓器的內(nèi)部使用一個 PNP管來驅(qū)動 NPN 達林頓管（NPN Darlington pass transistor），輸入輸出之間存在至少1.5V～ 2.5V的壓差（Dropout Voltage）。這個壓差為：
圖4. 準低壓線性穩(wěn)壓器QLDO
另一種廣泛應(yīng)用于某些場合是準LDO（例如：5V到3.3V 轉(zhuǎn)換器）。準LDO介于 NPN 穩(wěn)壓器和 LDO 穩(wěn)壓器之間而得名，導通管是由單個PNP管來驅(qū)動單個NPN管。因此，它的跌落壓降介于NPN穩(wěn)壓器和LDO之間：
圖5.低壓差線性穩(wěn)壓器LDO
在LDO(Low Dropout)穩(wěn)壓器中，導通管是一個PNP管。LDO的最大優(yōu)勢就是PNP管只會帶來很小的導通壓降，滿載的跌落電壓的典型值小于500mV，輕載時的壓降僅有10～20mV。LDO的壓差為：
圖6. 超低壓差線性穩(wěn)壓器
由 P溝道MOS管構(gòu)成的PMOS超低壓差線性穩(wěn)壓器(VLDO)，其壓差可降至 100mV左右。由 N溝道MOS管構(gòu)成的NMOS VLDO，其壓差可低至幾十毫伏。
下圖7中總結(jié)了各類線性穩(wěn)壓器或LDO的電路結(jié)構(gòu)，標注出了關(guān)鍵節(jié)點器件的壓降特性，可以一目了然的對比它們的差異。
圖7. 各類線性穩(wěn)壓器電路結(jié)構(gòu)圖
總的來說，三極管電流驅(qū)動、MOS管電壓驅(qū)動，三極管靜態(tài)損耗大，MOS管靜態(tài)損耗很小。雙極型管子由于其電流增益比較大，可以為負載提供相當大的電流，MOS管提供的電流相對較小。NMOS的源極與負載并聯(lián)使得輸出端是一個低阻抗節(jié)點，LDO的輸出阻抗比較小且受負載波動的影響弱，輸出端上的極點處在高頻區(qū)域。但為了導通NMOS管，G端至少比S端高一個閾值電壓，一般情況0.7V。如果所要求的壓降幅度比較小，那么不得不考慮另外設(shè)計升壓電路電荷泵來提高NMOS的G端電位，電路因此會變復(fù)雜。PMOS的漏極與負載并聯(lián)使得輸出端是一個高阻抗節(jié)點，LDO的輸出阻抗大且受負載電阻影響。輸出會給系統(tǒng)引入一個位于低頻段的極點，給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來影響。
圖8. LDO調(diào)整原理
LDO正常工作在點P1，負載電阻降低，輸出電流增大，輸出電壓Vo降低，VGS增大，VDS增大，工作點移動到P2，反饋電壓降低，放大器輸出VG增大，VGS增大，ID增大，Vo增大，VDS減小，工作點移到P3，在大負載上達到新的平衡?？偟膩碚f，與BUCK電路不同，LDO的調(diào)整管工作在線性區(qū)（放大區(qū)），其優(yōu)點包括：
（1）結(jié)構(gòu)簡單，外圍器件少，使用方便
（2）無開關(guān)噪聲，可應(yīng)用于要求高精度低噪聲的模擬電路中
但缺點也同樣明顯：
（1）只能降壓，不能升壓
（2）效率低，特別是輸入電壓高的情況下，一般負載電流小于1A情況下使用
以上這就是這一篇講述的內(nèi)容了，概括性地講述了從基本調(diào)整管穩(wěn)壓器到目前常見的各種類型線性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理。作為電源拓撲篇的一個補充吧，這樣所有電源拓撲專題就算結(jié)束了。哈哈，最近寫的有點累，讓我稍微歇歇，下一次準備新開一個專題了，具體寫什么還沒有想好，可能總結(jié)一些BUCK基本設(shè)計方法，也可能總結(jié)一下控制模式和環(huán)路補償?shù)膬?nèi)容，到時候再說~