TI电源培训电子书系列 III -【线性稳压器基础知识】

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。


电流源的设计极限限定了稳压器在仍然保持电压调节作用的情况下所能供应的最大负载电流。输出电压采用一个反馈环路进行控制,其需要某种类型的补偿以确保环路稳定性。大多数线性稳压器都具有内置补偿功能电路,无需外部组件就能保持完全稳定。


《线性稳压器基础知识》电子书共分为二章,第一章线性稳压器基础知识,讲述了最基础的线性稳压器知识理论,第二章线性稳压器的分类,讲述了NPN型的LDO、PNP型的LDO、NMOS型的LDO、PMOS型的LDO这四种不同线性稳压器的特性、架构图、功率损失的简单模型、传输元件,以及驱动电流与低/高负载电流的关系。

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  • 请问一下,LM2596-ADJ和LM2596T-ADJ有什么区别?

  • 线性稳压器: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。
      电流源的设计极限限定了稳压器在仍然保持电压调节作用的情况下所能供应的最大负
    载电流。
      输出电压采用一个反馈环路进行控制,其需要某种类型的补偿以确保环路稳定性。大多
    数线性稳压器都具有内置补偿功能电路,无需外部组件就能保持完全稳定。
      某些稳压器(比如低压降型)则确实需要在输出引脚和地之间连接一些外部电容以确保
    稳压器的稳定性。

  •      线性稳压器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。其产品均采用小型封装,具有出色的性能,并且提供热过载保护、安全限流等增值特性,关断模式还能大幅降低功耗。正输出电压的 LDO稳压器通常使用功率晶体管 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,当然NMOS 稳压器好点,不需要任何电容,就可以稳压,输入电压范围一般为 1.7V 至 5.5V。

  • NPN稳压器的主极点补偿:电路中加入电容,引入一个低频极点; 无条件稳定,不需外部电容。而LDO稳压器的环路不稳定,P1、P2的存在使 0 dB增益处的相移达到-180 °; 补偿方法:引入零点,抵消P1、P2其中之一的影响。

    NPN稳压器的电路特性 与 极点分布方面,共集电级连接; 次极点位于高频处,带宽大。LDO稳压器共射级,高输出阻抗; 次极点位于低频处,为 内部补偿引入1 KHz极点P2; 功率管引入的500 KHz极点P3。

  • 原则上,选择具有合适ESR的合适电容器并且要求频率响应曲线在穿过0dB之前降落得足够快,并且在达到相干顶点P2之前向低于0dB增益标的目标减小得足够满,很是艰苦的。

    实际考虑还会增加更多的麻烦,就是ESR跟着产品型号改变,批量出产利用的最小电容值需要进行基准测试,包含最小环境温度和最大负载的极端前提。

    电容器类型的选择也很首要。最合适的电容器是钽电解电容器,固然具有大容量的钽电解电容器尺寸很大。

    多层陶瓷电容类型没法为通俗的LDO供给足够的电容,可是它们这类不变的低电容合适于新型LDO。铝电解电容器的尺寸很小,但其ESR在低温时会变差,并且在-30°C以下没法正常工作。

  • 回复 qin dong1:

    LDO稳压器的频率补偿设计,不仅直接决定了频率稳定性,而且对LD0稳压器的性能参数,尤其是瞬态响应速度,有很大的影响。

    一类内部频率补偿技术借鉴了传统LDO稳压器的零、极点抵消方法,并利用前馈技术,或芯片内部的RC网络和电压控制电流源,产生所需的零点。

    双极器件的基极电流,以及NPN型器件与PNP型器件参数(放大倍数等)的差异引入的误差。通过改用对称结构的低失调压差放大器,并将双极器件替换为MOS器件,可提高LDO稳压器的精度。

  • 一个PNP型的LDO它的压控恒流源是由一个功率型的PNP管(Q1)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(Q2),这就是一个典型的PNP型LDO的架构。在上图右边它一样是由两电阻来检测电压,然后把它放进误差放大器里面和一个基准作比较,放大之后对Q2进行控制。Q2集电极上的电流会控制Q1上基极的电流。由于功率晶体管(Q1)是PNP型的晶体管,它的输出那它的集电极,因此由于它的这种结构它的输出阻抗是比较大的。在这种输出阻抗比较大的情况下,我们必须给输出增加输出电容器,也要控制这个电容器的ESR控制在一定范围之内,才能保证这种LDO的工作稳定。

  • NMOS型的LDO的优缺点

    缺点  需偏置电压以上拉N-FET;

    优点  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。

  •          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。线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P沟道场效应管,而不是通常线性稳压器中的PNP晶体管。P沟道的场效应管不需要基极电流驱动,所以大大降低了器件本身的电流;另一方面,在采用PNP管的结构中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态降低输出能力,必须保证较大的输入输出压差;而P沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积,极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时,线性稳压器是最好的选择,可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用线性稳压器,尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用,但是线性稳压器仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。

          所有的线性稳压器都会采用一个反馈环路,按需要控制传到负载的电流,以维持输出电压在正确的稳压值上。对反馈环路进行补偿,可以为环路增益过单位增益(零dB)交点频率时提供合适的相位裕度。在输出电压可调且由外置电阻分压器设定的情况下,采用称之为前馈补偿的技术可产生超前相位,从而部分抵偿由内部极点造成的相位滞后影响,最终增加相位裕度。

  • 线性稳压器在平时应用很广泛,书中的知识大多在TI培训班视频里面见过,将知识总结成电子书,更方便电源爱好者学习。系统的温故线性稳压器知识,可以夯实基础,在设计中大受裨益。感谢TI整理这么好的资料。