歡迎來到芝識課堂！從本文開始，我們要為您介紹在電源電路設(shè)計(jì)中非常重要，還經(jīng)常露面的“大明星”——低壓差穩(wěn)壓器。我們會介紹低壓差穩(wěn)壓器的基本定義、內(nèi)部原理、工作方式以及它們的電氣特性。首先，我們來看低壓差穩(wěn)壓器是個什么東西。

1什么是低壓差穩(wěn)壓器

低壓差穩(wěn)壓器（Low dropout regulator，簡稱LDO）是一種線性直流穩(wěn)壓器集成電路（IC），又稱低壓差線性穩(wěn)壓器。一般而言，輸入與輸出電壓之間壓差較小的穩(wěn)壓器，被稱作低壓差穩(wěn)壓器。

在實(shí)際應(yīng)用中，所需輸出電壓與輸入電壓不一致時，便會用到低壓差穩(wěn)壓器。舉例來說，如果輸入電壓為5V，而實(shí)際需要的輸出電壓為3V，在這種情況下，低壓差穩(wěn)壓器就成為一種簡便經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)壓解決方案。

在電路中，低壓差穩(wěn)壓器的符號是三端形。如圖1，它有三個端子：（1）輸入電壓（VIN）；（2）輸出電壓（VOUT）；（3）接地。

圖1. 低壓差穩(wěn)壓器的表示符號和幾個端子

另外，位于VIN與柵極驅(qū)動電路之間的柵源電壓（VGS）主要用來精準(zhǔn)控制驅(qū)動電路導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。

圖2是東芝的幾種低壓差穩(wěn)壓器產(chǎn)品。從通用款到緊湊封裝款，東芝低壓差穩(wěn)壓器產(chǎn)品類型多樣，能夠滿足客戶各種高性能需求。

圖2. 東芝幾種低壓差穩(wěn)壓器產(chǎn)品

2低壓差穩(wěn)壓器是一種穩(wěn)壓器IC

低壓差穩(wěn)壓器是一種穩(wěn)壓器集成電路（IC）。穩(wěn)壓器IC大致分為兩類：一是能夠?qū)⒅绷麟妷恨D(zhuǎn)換為符合需求的直流電壓的IC；二是可將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗柚绷麟妷旱腎C。

用于直流-直流（DC－DC）轉(zhuǎn)換的穩(wěn)壓器IC又可細(xì)分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器（亦稱DC－DC轉(zhuǎn)換器）。

圖3. 電源IC分類

線性穩(wěn)壓器通常只能實(shí)現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換。其工作原理是通過調(diào)整自身元件（如晶體管）工作狀態(tài)，使其處于線性放大區(qū)，以消耗多余電壓來實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。為此，輸入電壓必須始終高于輸出電壓，才能有足夠的壓差供線性穩(wěn)壓器來調(diào)節(jié)。

3什么是線性穩(wěn)壓器

作為一種穩(wěn)壓器IC，線性穩(wěn)壓器的MOS管能隨輸入電壓或輸出電流的變化起到可變電阻作用，以保持輸出電壓穩(wěn)定不變。

線性穩(wěn)壓器有兩種基本形式，串聯(lián)穩(wěn)壓器和并聯(lián)穩(wěn)壓器。顧名思義，串聯(lián)穩(wěn)壓器是串聯(lián)在電源和負(fù)載之間的穩(wěn)壓器，而并聯(lián)穩(wěn)壓器則并聯(lián)在電源和負(fù)載之間。低壓差穩(wěn)壓器本質(zhì)上是一種串聯(lián)穩(wěn)壓器。

圖4. 串聯(lián)穩(wěn)壓器和并聯(lián)穩(wěn)壓器

4線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)

線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的特性各有千秋，如圖5所示。

圖5. 線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器對比

在效率方面，線性穩(wěn)壓器效率偏低，介于50%－80%之間。由于靠調(diào)整晶體管消耗多余電壓來穩(wěn)壓，電能多以熱形式耗散。開關(guān)穩(wěn)壓器效率較高，可達(dá)80%－95%。它通過高頻開關(guān)晶體管及儲能元件轉(zhuǎn)換電壓，所以功耗更小。

在輸出紋波上，線性穩(wěn)壓器表現(xiàn)出色，輸出紋波小，能提供平滑直流電壓，適合為電壓穩(wěn)定性要求高的模擬電路供電。開關(guān)穩(wěn)壓器輸出紋波較大，不過現(xiàn)代技術(shù)已能將其控制在一定范圍，常用于對紋波不太敏感的數(shù)字電路。

負(fù)載響應(yīng)速度方面，線性穩(wěn)壓器較快，能迅速應(yīng)對負(fù)載變化。開關(guān)穩(wěn)壓器相對較慢，但通過優(yōu)化響應(yīng)速度也在提升。

電路復(fù)雜性與成本方面，線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡單，外部元件少，設(shè)計(jì)調(diào)試容易，成本低，適用于對成本和空間要求高的場景。開關(guān)穩(wěn)壓器電路復(fù)雜，外部元件較多，設(shè)計(jì)調(diào)試要求和成本高，在大功率、高效率需求場合優(yōu)勢明顯。

電磁干擾方面，因無高頻開關(guān)動作，線性穩(wěn)壓器電磁干擾小，適用于對電磁兼容性要求高的環(huán)境。開關(guān)穩(wěn)壓器工作產(chǎn)生的高頻信號會帶來電磁干擾，需采取屏蔽和濾波措施。

本篇我們了解了低壓差穩(wěn)壓器的基本定義和特性，下篇我們將分享電子系統(tǒng)對低壓差穩(wěn)壓器的要求，以及相應(yīng)的解決方案。

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