線性穩壓器的原理與計算效率介紹

電源拓撲 - 線性穩壓

線性穩壓器的功能是將一個穩定的或者不穩定的輸入源電壓轉換為一個穩定的輸出電壓。正常工作時，即使輸入端的電壓出現巨大的波動，輸出端的電壓仍可以保持穩定。

線性穩壓器的原理

大多數的線性穩壓器是用閉環控制的。為了得到想要的輸出電壓值，我們可以通過調整 R1/R2 的比值，使在放大器反相輸入端的電壓等于放大器正相輸入端的參考電壓 Vref。誤差放大反饋回路的作用是使兩個輸入端之間的電壓差保持為 0。

其原理是，如果負載減小 / 輸入電壓增大，則輸出端的電壓將變大，放大器反相輸入端的電壓將高于正相輸入端的電壓 Vref，誤差放大器輸出端的電壓為負值，傳導晶體管的基極的電壓變小，最終晶體管的輸出電壓也將變小。反之，如果負載增大 / 輸入電壓減小，放大器反相輸入端的電壓將下降，小于正相輸入端的電壓 Vref，傳導晶體管的基極電壓變大，導致輸出電壓變大，以補償原本應該下降的輸出端電壓。反饋回路可以同時調整由輸入電壓變化(線路調整 Line regulation)和負載變化(負載調整 Load regulation)所引起的電壓變化。

線性穩壓器的效率

線性穩壓器的效率，指的是輸出端的功率 Pout 與輸入端的功率Pin 之比：

其中，

Iq 是無負載下的靜態電流。

低壓差線性穩壓器 - LDO

普通線性穩壓器中，使用雙極性晶體管作為電流放大器。因構成達靈頓電路，所以存在一定的壓差。

如果用 P 溝道場效應晶體管代替雙極性晶體管，就得到了所謂的低壓差線性穩壓器(Low Drop Output, LDO)，它的必要壓差只有幾百毫伏。

因為場效應管的必要壓差僅僅取決于它的正向導通電壓(相當于 Rds∗Iload)。通常電阻 Rds 非常小，所以必要壓差也就非常低。

優缺點及應用

優點

電路簡單、便宜

輸出端噪聲低

對噪聲的隔離度高

快速的瞬態響應

缺點

需要一定的壓差才能起穩壓作用，因此只能做降壓用。

在壓差比較大的情況下，轉換效率比較低，損耗都以發熱的方式消耗掉，并影響板卡的穩定性、可靠性。

功率至上，即便負載電路并不需要很大電流。這樣做的后果就是所有元件即便非必要的時候也工作在滿負荷下，結果產生高很多的熱量。

在壓差不夠的情況下，會出現比較大的紋波。

應用

對供電電源的噪聲要求嚴格的模擬電路、時鐘產生電路等。

小電流、電源轉換效率影響不大的數字電路供電場景。

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