LDO线性稳压器电路图讲解

时间:2023-09-06作者:佚名

线性稳压器 Linear regulator,我们一般称为 LDO。LDO 是英文 Low Drop Out 的首字母缩写,其中的 Drop Out是指线性稳压器输入端到输出端之间的电压差,前面加了一个 Low 之后,其词性就变成了一个形容词,形容此线性稳压器在工作中可以在很小的电压差下输出稳定的电压,但可能是由于说“低压差线性稳压器”太复杂了, LDO 就变成了它的代名词。在实际的线性稳压器中,实现调压功能的关键组件是一个调整管,它就像一个可变电阻一样串接在供电源和负载之间,当输入电压或是负载电流发生变化时,受误差控制电路驱动的调整管就及时调整其呈现出来的电阻量,使得负载端的电压总是处于恒定状态,下图展示了这一系统的内部结构:

LDO线性稳压器电路图讲解

从上图中我们可以看到,线性稳压器的压差 (Drop Out) = Vin - Vout = Iout * R,其中 Iout 是由负载决定的, R 则是调整管本身的特性,只有 R 可以足够小,压差才可以足够小,所以最小的 R 就成了器件的关键特性之一。但要测量一个器件的最小 R 可不容易,这项指标就被转化为一定负载电流下的最小压差,这不过是欧姆定律的一项简单应用而已,所以已被广泛接受。

要用最低的成本实现最小化的 R,最好用的方法是采用 nMOSFET 来做调整管,但 nMOSFET 需要使用高于其源极的电压去驱动其栅极,这样就需要使用高于输出电压至少 1V 以上的电压源来做驱动。

LDO线性稳压器电路图讲解

但在很多系统中,我们可能没有更高电压的电压源可供使用或是使用起来不方便,这时就只有单一的电源供应了。在此情况下继续采用 nMOSFET 作为调整管就意味着输入输出间的压差必须高于 1V,为了摆脱这种限制,采用 pMOSFET 做调整管的器件就成了市场上的主流,因为它的驱动电压是低于输入电压的,而成本也是接(jìn)最优化的。下图显示了这种稳压器的结构:

LDO线性稳压器电路图讲解

以上两种形式的 LDO 都是 MOS 工艺的产品,在性价比方面是无与伦比的,又能满足大多数系统的需要,所以成为了目前市场上的主流产品。但使用 MOS 工艺设计制造的产品却也有自己难以克服的一些缺陷。例如,在 MOS 工艺的 LDO 中存在从输出端到输入端之间的寄生二极管。当输入端电压低于输出端电压时,将有电流从输出端经此二极管流向输入端,当流入输入端的电荷累积起来形成的电压超过器件的启动电压时,其调整管甚至会进入导通状态。这种效应在某些情况下可能是不希望发生的。这时我们常常需要加入防反向二极管。

接下来我们以一款LDO RT9068为例,讲讲LDO的典型应用。芯片内部图如下:

LDO线性稳压器电路图讲解

LDO线性稳压器电路图讲解

RT9068是一款高耐压,低静态电流的LDO,最小压差300mV.这些特点,使得它可以满足很多环境苛刻的应用的需要,例如车载电子设备、工业控制设备、电池供电设备等。

LDO 自身的发热量是由它的功耗决定的,其计算公式如下:

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