线性稳压器

低压差线性稳压器原理

低压差线性稳压器是一种广泛应用于电子设备中的电路，用于将输入电压稳定为一个恒定的输出电压。它的原理是通过负反馈控制来调整输入电压使得输出电压保持稳定。

低压差线性稳压器通常由三个主要部分组成：基准电压源、差分放大器和功率放大器。

基准电压源提供一个稳定的参考电压，它的电压值通常是在几个毫伏到几伏之间。基准电压源可以使用稳压二极管等元件实现，以确保其输出电压的稳定性。

差分放大器是用来比较输入电压和基准电压的差异，并产生一个误差信号。差分放大器通常是由多个晶体管组成，其输入分别连接到输入电压和基准电压源，输出则连接到功率放大器。

功率放大器是负责根据差分放大器的输出信号调整输入电压以使输出电压稳定的一部分。功率放大器通常是由晶体管或场效应管组成的放大电路，其输出连接到负载上，通过控制输入电压从而使输出电压稳定。

低压差线性稳压器的工作原理可以通过以下步骤来说明：

1. 当输入电压发生变化时，差分放大器会检测到输入电压和基准电压之间的差异，并产生一个误差信号。

2. 误差信号经过功率放大器进行放大，并驱动控制电路调整输入电压。

3. 调整后的输入电压通过输出端提供给负载。如果输出电压发生变化，差分放大器会再次检测到并产生新的误差信号，以驱动功率放大器进行调整。

4. 经过不断的负反馈调整，输入电压最终会达到一个稳定的值，保持输出电压的稳定性。

低压差线性稳压器具有以下优点：

1. 输出电压具有良好的稳定性，能够在一定的负载变化和输入电压变化范围内保持恒定。

2. 由于使用了负反馈控制电路，输入电压的波动对输出电压的影响较小。

3. 调整速度快，能够快速适应输入电压和负载变化，并保持输出电压的稳定。

4. 使用简单，成本较低。

然而，低压差线性稳压器也存在一些缺点：

1. 效率较低，由于功率放大器需要消耗一定的电功率来调整输入电压，因此会有一定的能量损耗。

2. 由于差分放大器和功率放大器中使用了晶体管等元件，因此会产生一定的热量，并需要散热措施。

低压差线性稳压器（LDO）的压差和功耗

中心议题：线性稳压器（LDO）的输入、输出压差设计线性稳压器（LDO）的功耗设计

便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和功率分配架构等。同样，在系统设计中，也要从节省电池能量的角度出发多加考虑。例如现在便携产品的处理器，一般都设有几个不同的工作状态，通过一系列不同的节能模式（空闲、睡眠、深度睡眠等）可减少对电池容量的消耗。即当用户的系统不需要最大处理能力时，处理器就会进入电源消耗较少的低功耗模式。带有使能控制的低压差线性稳压器(LDO)是不错的选择。 低压差线性稳压器(LDO)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，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，即： VOUT=（R1+R2）/R2*Vref 产生压差的主要原因是，在调整元件中有一个P沟道的MOS管。当LDO工作时MOS管道通等效为一个电阻，RDS(ON),

VDROPOUT=VIN-VOUT=RDS(ON)xIOUTR. 由此得出低压差线性稳压器(LDO)的一个重要特性，在输入电压大于最小工作电压和输出电压其标称值范围内，负载电流为零时，输出电压随输入电压的变化而变化，这就是LDO的跟随特性，待输出电压达到其标称值后不随输入而变化，从而达到稳压的目的，这就是LDO的稳压特性。如图为圣邦微电子的SGM2007输入电压和输出电压的曲线。在测试压差（Dropout）时不同的厂家有不同的标准。德州仪器（TI）电压差定义为输出电压较其标称值跌落2％时的输入、输出电压的差值.其它的如，美信（Maxim），圣邦微电子(SGMC)电压差定义为输出电压较其标称值小于100mV时的输入、输出电压的差值.如图为圣邦微电子的SGM2007负载为300mA时输入电压和输出电压的曲线。如图在箭头范围内，输入和输出和箭头组成的图形在一定范围内近试为平行四边形，在平行四边的边上任取一点，做与另一边平行的线段，由平行四边形的定义可知和另一边相等。所以这两种测试方法只是取值点不同而已，对同一芯片而言，两种方法测得值几乎相同。在TMT生产测试中，也有两种测试方法，一种是循环法，输入在某一个确定值时,以步长为1mV下降，至道输出电压较其标称值跌落2％，或输出电压较其标称值小于100mV时停止，这种方法循环的步长越多，测试的时间就越长，对芯片的成本就越高，令一种方法是，输入固定电压法，输入和输出和箭头组成的图形近试平行四边形，只要我的取值点在平行四边形内，测得的值就是相同的，所以通常是根据具体的LDO的Dropout的大小，输入加上某一个值，使输出电压约等于较其标称值跌落2％或较其标称值小于100mV。例如Dropout在150mA时为100mV,那么输入可以等于输出，这样测的输出比标称值小于100mV，等于这样测一次就可以了，节约了大量的时间，降低生产成本。 单体锂离子电池充足电时的电压为4.2V，放完电后的电压为2.3V，而有些标定电压为3.3V工作的微处理器DSP的最低工作电压可以达到2.9V。这样LDO输出值在小于标称值的一定范围内还是可以工作的。由上图可见，LDO的压差越小，输入和输出和箭头组成的图形近试平行四边形越长，LDO的工作时间就越长效率就越高，电池的待机时间也就会越长。 低压差线性稳压器由于存在压差，它最大的缺点是在热量管理方面，因为其转换效率近似等于输出电压除以输入电压的值。例如，如果一个驱动图像处理器的LDO输入电源是从单节锂电池标称的3.6V，在电流为200mA时输出1.8V电压，那么转换效率仅为50%，因此在手机中产生了一些发热点，并缩短了电池工作时间。虽然就较大的输入与输出电压差而言，确实存在这些缺点，但是当电压差较小时，情况就不同了。例如，如果电压从1.5V降至1.2V，效率就变成了80%。 低压差线性稳压器功耗主要是输入电压，输出电压以及输出电流的函数。下列方程式可用来计算最恶劣情况下的功耗： PD=（VINMAX-VOUTMIN）ILMAX。其中:PD=最恶劣情况下的实际功耗，VINMAX=VIN脚上的最大电压，VOUTMIN=稳压器输出的最小电压，ILMAX=最大(负载)输出电流。 最大允许功耗(PDMAX)是最大环境温度(*AX),最大允许结温(TJMAX)(+125°C)和结点到空气间热阻（θJA)的函数。对于安装在典型双层FR4电解铜镀层PCB板上的5引脚SOT-23A封装器件，其（θJA)约为250°C/Watt。 PDMAX=(*AX-TJMAX)/θJA

双端线性恒流稳压器(CCR)。

CCR的特性及应用优势

安森美半导体的CCR可以表征为可变电阻。随着CCR两端电压上升，内部阻抗也上升，从而维持接近稳流电流(Ireg)规格的电流。CCR还有负温度系数，故在CCR耗散功率(温度上升)时，内部阻抗增加，使电流减小。

图1：CCR结合电阻型驱动器与线性稳压器所长。

与电阻型驱动方案相比，安森美半导体的NSI45系列CCR具有突出的优势，例如交流电压增加时仍保持恒流、达到LED阈值电压后LED导通无延迟、低电压时LED保持明亮，以及保持LED免受电压浪涌影响等。此外，得益于CCR的恒流特性， 客户可以减少或消除源自不同供应商提供的不同LED的额外成本，降低系统总成本。

在各种低电流应用中，诸如装饰照明、工作灯、室外照明、景观照明、柜台照明和LED平板照明等建筑物和通用照明中，也可以直接采用交流电源供电。交流市电输入经过桥式整流后，只需要保证输入电压减去LED串总电压后所剩下的电压不超过CCR的最大阳极至阴极电压(VAK)即可，显示CCR非常易于用于设计。典型电路图参见图2。

图2：基本LED交流应用原理图。

CCR应用设计示例

我们既可以采用CCR来开启新的设计，也可以采用CCR来修改既有设计。本文将主要以新设计为例，探讨采用SOT-223封装的CCR器件在110 Vac及220 Vac均方根(RMS)输入条件下在交流照明中的应用，简述其设计过程。由于全波桥整流的脉冲工作，稳态电流为30 mA的CCR在交流应用中的均方根电流为22 mA。CCR在交流电路中的工作电压范围为1.8 V至45 V。LED导通时间取决于LED串的正向压降(VF)。本应用的参考电路中，CCR导通时间约是峰值电压导通时间的一半。因此，约有50%的时间内LED处于导通状态。因此，LED均方根电流是稳流电流的约50%。

我们需要根据设计参数选定LED数量。设计参数是110 Vac RMS，±10%，HB LED (20 mA电流时VF为3.3 V)。先针对Vin=+10%(最大值)展开分析。

宁波大红鹰学院

《模拟电子技术》

课程设计报告

课题名称： 线性可调直流稳压电源

分 院： 机械与电气工程学院

教 研 室： 电气工程及其自动化

班 级： 11电自3

姓 名： XXX

学 号： xxxxxxxxxx

指导教师： XX XXX

二○一三 年 十二 月 1 线性可调直流稳压电源

一、 设计任务

1、课题名称：线性可调直流稳压电源

2、设计要求

①输出电压：Vo=4.5～12.0V；

②最大输出电流：Iomax≥1A；

③输出纹波：VP-P≤10mV；

④电压调整率：Ku≤5%（最大输出电流时）；

⑤电流调整率：Ki≤3%。（输出为12V时）。

二、 硬件设计

1、 直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向脉动直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。

2、 直流稳压电源原理

（1）、直流稳压电源

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

图 1直流稳压电源的方框图 2 ①电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。