線性穩(wěn)壓器的原理與計算效率介紹

電源拓撲 - 線性穩(wěn)壓

線性穩(wěn)壓器的功能是將一個穩(wěn)定的或者不穩(wěn)定的輸入源電壓轉(zhuǎn)換為一個穩(wěn)定的輸出電壓。正常工作時，即使輸入端的電壓出現(xiàn)巨大的波動，輸出端的電壓仍可以保持穩(wěn)定。

線性穩(wěn)壓器的原理

大多數(shù)的線性穩(wěn)壓器是用閉環(huán)控制的。為了得到想要的輸出電壓值，我們可以通過調(diào)整 R1/R2 的比值，使在放大器反相輸入端的電壓等于放大器正相輸入端的參考電壓 Vref。誤差放大反饋回路的作用是使兩個輸入端之間的電壓差保持為 0。

其原理是，如果負載減小 / 輸入電壓增大，則輸出端的電壓將變大，放大器反相輸入端的電壓將高于正相輸入端的電壓 Vref，誤差放大器輸出端的電壓為負值，傳導(dǎo)晶體管的基極的電壓變小，最終晶體管的輸出電壓也將變小。反之，如果負載增大 / 輸入電壓減小，放大器反相輸入端的電壓將下降，小于正相輸入端的電壓 Vref，傳導(dǎo)晶體管的基極電壓變大，導(dǎo)致輸出電壓變大，以補償原本應(yīng)該下降的輸出端電壓。反饋回路可以同時調(diào)整由輸入電壓變化(線路調(diào)整 Line regulation)和負載變化(負載調(diào)整 Load regulation)所引起的電壓變化。

線性穩(wěn)壓器的效率

線性穩(wěn)壓器的效率，指的是輸出端的功率 Pout 與輸入端的功率Pin 之比：

其中，

Iq 是無負載下的靜態(tài)電流。

低壓差線性穩(wěn)壓器 - LDO

普通線性穩(wěn)壓器中，使用雙極性晶體管作為電流放大器。因構(gòu)成達靈頓電路，所以存在一定的壓差。

如果用 P 溝道場效應(yīng)晶體管代替雙極性晶體管，就得到了所謂的低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Drop Output, LDO)，它的必要壓差只有幾百毫伏。

因為場效應(yīng)管的必要壓差僅僅取決于它的正向?qū)妷?相當于 Rds∗Iload)。通常電阻 Rds 非常小，所以必要壓差也就非常低。

優(yōu)缺點及應(yīng)用

優(yōu)點

電路簡單、便宜

輸出端噪聲低

對噪聲的隔離度高

快速的瞬態(tài)響應(yīng)

缺點

需要一定的壓差才能起穩(wěn)壓作用，因此只能做降壓用。

在壓差比較大的情況下，轉(zhuǎn)換效率比較低，損耗都以發(fā)熱的方式消耗掉，并影響板卡的穩(wěn)定性、可靠性。

功率至上，即便負載電路并不需要很大電流。這樣做的后果就是所有元件即便非必要的時候也工作在滿負荷下，結(jié)果產(chǎn)生高很多的熱量。

在壓差不夠的情況下，會出現(xiàn)比較大的紋波。

應(yīng)用

對供電電源的噪聲要求嚴格的模擬電路、時鐘產(chǎn)生電路等。

小電流、電源轉(zhuǎn)換效率影響不大的數(shù)字電路供電場景。

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