TI电源培训电子书系列 III -【线性稳压器基础知识】

稳压变压器的工作原理与一般铁磁谐振稳压器相同，但结构比较简单、实用。其中带空气隙磁分路的作用如变压器的漏磁电感，它将输出并联谐振电路与输入电路分开，使原边铁心工作运行在铁心磁化曲线的线性段，与普通小型单相电力变压器相似，但副边铁心借并联谐振电路而运行在磁化曲线的饱和段，如同一只饱和电抗器。 

1、变压器是一种电子元器件，而稳压器属于家用电器类，里面有电路板，很多电子元器件，里面就有变压器。
2、变压器用来变换交流电压，用途很广泛，可以说所有电子产品只要使用220V的市电就离不开它。稳压器用来稳定220V市电电压的，免得电压偏低或偏高对电器造成损害，用于对电压要求比较高的设备或者是市电不稳定的地方。

变压器和稳压器是两种完全不同的设备。其中有一种传统的磁饱和稳压器外形上看类似于变压器，但现代的稳压器已经采用了许多新的稳压原理和稳压结构，外形上与变压器也相去甚远。

变压器利用电磁对电压进行变化如35KV/10KV，等，也有变比1：1的用于电隔离，叫隔离变压器，还有3绕组变压器，可以在二次侧有2个低压抽头，有2个低压电压，可以一样也可以不一样如：35KV/10KV/6KV。还有自藕变压器等等很多。
稳压器不对电压进行变化，但对电压进行稳定，对波形有修复作用。主要用于电网电压质量不好，而负载对电压波形等要求又比较高（如电脑）这里就会需要稳压器，同时也有利于过滤市电传来的过电压等异常情况，保护下面的设备。

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。基本工作原理是这样的：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值上，同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变。

什么是 LDO? 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。

N沟道FET稳压器非常适合那些要求低压差、低接地电流和高负载电流的设备使用。用于旁路管采用的是N沟道FET，因此这种稳压器的压差和接地电流都很低。虽然它也需要外接电容才能稳定工作，但电容值不用很大，ESR也不重要。N沟道FET稳压器需要充电泵来建立栅极偏置电压，因此电路相对复杂一些。幸运的是，相同负载电流下N沟道FET尺寸最多时可比P沟道FET小50%。

　　DC-DC 变换器的安装位置比较分散，在PDP 彩电的电源板、主板、逻辑控制板等电路板上，均可以找到DC-DC 变换器的身影。由于DC-DC 变换器肩负为彩电小信号处理电路供电的重任，因此，工作中较易出现故障。作为维修人员，要能快速查找到DC-DC 变换器的位置，正确测量DC-DC 变换器的输入/ 输出电压，并迅速判断出DC-DC 变换器的好坏。 　　1. 线性稳压器基本工作原理 　　线性稳压器是通过输出电压反馈、经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管的管压降VDO (即压差)来达到稳...

如何扭转电压比较器不被重视的问题

电压比较器在单片机中的出现始于20世纪90年代末。当时，大家认为这项技术仅降低了成本而已。因为，这样的比较器需要的硅器件较少，又能使单片机比较两个模拟电压。于是，认为电压比较器仅仅是一个“1位ADC”的观点始终占据主导地位，并且一直持续到21世纪的头几年。

随着电源技术的发展，电力系统、通信系统中越来越广泛地使用开关电源、UPS等电源设备。这些设备无一例外地要检测主电路的电压、电流信号。检测电路是主电路与控制电路的接口，是电源设备必不可少的一个重要组成部分。

• 常常会有人简单地认为:当系统中设置有隔离变压器时，其抗干扰功能就一定会很强。这种认识并不完全正确。在供电系统中，产生干扰的原因和千扰现象是多种多样的，其中包括高压脉冲、尖峰毛刺、电涌、暂态过电压、射频千扰(EFI)和电磁干扰(EMI)等。但是，就其干扰形式和传输途径而言，大体可分为两类:一是共模千扰，二是差模干扰。

前两天又把这本书看了遍，ESR的正确与否直接影响LDO的稳定性能，所以在选用时一定得在制造商规定的最大最小值范围内；线性稳压器的特性，在负载电流需求发生变化之后需要一定的时间去“校正”输出电压。这种“时滞”限定了被称为瞬态响应的特性，此特性反映了稳压器在负载变化之后能够以多快的速度恢复稳态运作。

对于材料的第二部分，主要就是介绍LDO的分类，让我们在选择LDO上有更好的判断。我们有4种LDO选择，NPN型、PNP型、PMOS型、NMOS型，各种的优缺点都有细述，这个我们的选型能提供一个很好的认识。

所谓线性稳压器的工作原理是采用一个压控电流源以强制在稳压器输出端上产生一个固定电压，控制电路连续监视(检测)输出电压，并调节电流源(根据负载的需求)以把输出电压保持在期望的数值。线性稳压器有多种类型：NPN型的LDO, PNP型的LDO, NMOS型的LDO,PMOS型的LDO。这四种类型的特性，架构图，功率损失，传输元件，驱动电流等方面都有差异。不同的场合需要选择不同的线性稳压器。

设计中会遇到LDO环路不稳定，这是什么原因？最常见原因在于输出电容器：质量欠佳的钽电容和低温条件下的铝电解电容都会具有过高的ESR；而许多表面贴装型陶瓷电容和OSCN，SP，薄膜电容等则具有过低的ESR。要使LDO环路稳定工作，上述电容的ESR必须处在制造商规定的最小/最大值范围之内。

    标准NPN稳压器的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流，即使没有输出电容也相当稳定。这种稳压器比较适合电压差较高的设备使用，但较高的压差使得这种稳压器不适合许多嵌入式设备使用。
    NPN旁路晶体管稳压器对嵌入式应用而言，是一种不错的选择，因为它的压差小，而且非常容易使用。不过这种稳压器仍不适合具有很低压差要求的电池供电设备使用，因为它的压差不够低。它的高增益NPN旁路管可使接地电流稳定在几个毫安，而且它的公共发射极结构具有很低的输出阻抗。

         PNP旁路晶体管是一种低压差稳压器，其中的旁路元件就是PNP晶体管。它的输入输出压差一般在0.3到0.7V之 间。因为压差低，因此这种PNP旁路晶体管稳压器非常适合电池供电的嵌入式设备使用。不过它的大接地电流会缩短电池的寿命。另外，PNP晶体管增益较低， 会形成数毫安的不稳定接地电流。由于采用公共发射极结构，因此它的输出阻抗比较高，这意味着需要外接特定范围容量和等效串联电阻(ESR)的电容才能够稳定工作。

        NMOS稳压器非常适合那些要求低压差、低接地电流和高负载电流的设备使用。用于旁路管采用的是N沟道 FET，因此这种稳压器的压差和接地电流都很低。虽然它也需要外接电容才能稳定工作，但电容值不用很大，ESR也不重要。NMOS稳压器需要充电泵来 建立栅极偏置电压，因此电路相对复杂一些。幸运的是，相同负载电流下NMOS尺寸最多时可比PMOS 小50%。

  PMOS稳压器具有较低的压差和接地电流，目前被广泛用于许多电池供电的设备。该类型稳压器将PMOS用作它的旁路元件。这种稳压器的电压差可以很低，因为很容易通过调整FET尺寸将漏-源阻抗调整到较低值。另一个有用的特性是低的接地电流，因为PMOS的“栅极电流”很低。然而，由于PMOS具有相对大的栅极电容，因此它需要外接具有特定范围容量与ESR的电容才能稳定工作。

为什么过高或过低的电容ESR会影响LDO环路的稳定？过高的ESR会将零点移至较低的频率，增大了环路带宽，因而允许极点PPWR在0dB频率之前增加更多的相移；由其他极点产生的相移使得大于10欧ESR值往往会造成环路的不稳定。反之。过低的ESR值会将零点移到一个较高的频率；零点出现的频率比0dB频率高1个十倍频程以上；由于零点在0 dB 下未添加任何正相移，因此两个低频极点将导致相移达到-180°，即出现了不稳定。

NPN型的LDO有两类，用达林顿管做的LDO和单个NPN型晶体管构成的LDO。NPN准LDO具有下列特性：要求输入电压至少比输出电压高0.9V 至1.5V；芯片的静态电流是会随负载电流的增加而增加的，而且是成比例的增加的；接地引脚电流大于NPN-达林顿管，但小于PNP-LDO 稳压器；需要一个输出电容器，但一般不像PNP-LDO 那样具有特殊的ESR 要求。

本电子书是学习线性稳压器的绝好材料。第一章是介绍基础知识，从拓扑，模型，控制环路，零点，相位，工作稳定性等方面对线性稳压器进行了全面介绍。第二章是对线性稳压器进行分类介绍。分别对NPN型的LDO，PNP型的LDO，NMOS型的LDO，PMOS型的LDO从架构图，功率损失的简单模型，驱动电流与低/高负载电流的关系等方面进行了介绍和比较。

不同多线性稳压器有各自的优缺点，应根据压差，接地电流和稳定性补偿方法等要求来选择稳压器。例如，PMOS型LDO较低的压差和接地电流，目前被广泛用于许多电池供电的设备；NMOS型稳压器非常适合那些要求低压差、低接地电流和高负载电流的设备使用；而NPN型LDO的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流，即使没有输出电容也相当稳定。这种稳压器比较适合电压差较高的设备使用，但较高的压差使得这种稳压器不适合许多嵌入式设备使用.

PNP型的LDO的压控恒流源是由一个功率型的PNP管来构成的，同时在它的基极也会连接一个对地的NPN型的晶体管，这就是一个典型的PNP型LDO的架构。PNP LDO具有下列特性：要求输入电压至少比输出电压高100mV 至700mV；芯片的静态电流也是会随负载电流的增加而增加的，而且是成比例的增加；具有高于NPN 型LDO 的接地引脚电流；需要谨慎地选择输出电容器数值和ESR 额定值。

NMOS型LDO虽然具有需偏置电压以上拉N-FET，但其优点也很明显：N-FET的导通电阻低于P-FET；允许非常低的Vin和Vout数值；较低的输出阻抗可减轻负载极点的影响；可在采用小的外部电容器时保持稳定；低接地引脚电流（与负载无关）；高DC增益与令人满意的带宽。

PMOS型LDO的特性：要求输入高于输出电压；要求输出电压高于传输元件的VGS需求；要求谨慎地选择输出电容数值和ESR额定值；为了实现相似的RDS（on）性能，PMOS晶体管所需的晶片面积将大于NMOS晶体管；较大的晶片面积将影响定价，并有可能对性能产生影响。

学习了本电子书，将会对线性稳压器有全面的了解。除了了解基础知识，如线性稳压器的各种模型，控制环路，影响LDO工作稳定的因素等等，还可以全面学习四种LDO：NPN型的LDO，PNP型的LDO，NMOS型的LDO，PMOS型的LDO，它们的特性也得到了全面阐述和总结。因此该电子书是征服线性稳压器的法宝。

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。通过学习本电子书，将会对线性稳压器的基础知识和各种类型有个全面透彻的了解。

学习本电子书可以学习到四种各有特点的LDO。LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器，它通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比PSRR。其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。在以电池作为电源的系统中，应当选择压差尽量低的LDO，这样可以使电池更长时间为系统供电。