線性穩(wěn)壓器:原理、類型與工程應(yīng)用(三)
低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO):現(xiàn)代主流方案
LDO 通過采用 PNP 型、PMOS 或 NMOS 功率管,大幅降低了壓差,是當(dāng)前線性穩(wěn)壓器的主流類型。按調(diào)整管類型可分為:
PNP 型 LDO:如 LM1117,壓差約 1.2V@800mA,成本低但靜態(tài)電流較大(>100μA);
PMOS 型 LDO:如 TC1185,壓差 30mV@100mA,靜態(tài)電流 < 1μA,適合低功耗場(chǎng)景;
NMOS 型 LDO:如 ADP150,壓差 50mV@500mA,響應(yīng)速度快(<10μs),適合高速數(shù)字電路。
LDO 的核心優(yōu)勢(shì)是:
低壓差:在相同負(fù)載下,所需輸入電壓比傳統(tǒng)穩(wěn)壓器低 1~2V,可延長(zhǎng)電池供電設(shè)備的續(xù)航(如手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī));
低噪聲:輸出噪聲電壓低至 10~100μVrms(如 TPS7A4700 的噪聲 < 15μVrms),適合射頻、音頻等對(duì)噪聲敏感的電路;
小體積:采用 SOT23、DFN 等小型封裝(面積 < 3mm2),適合高密度 PCB 設(shè)計(jì);
可調(diào)輸出:通過外部電阻分壓可靈活設(shè)置輸出電壓(如 1.2~5V),通用性強(qiáng)。
現(xiàn)代 LDO 還集成了完善的保護(hù)功能,如過流保護(hù)(當(dāng) Io 超過額定值時(shí)限制電流)、熱關(guān)斷(結(jié)溫超過 150℃時(shí)關(guān)閉輸出)、反向電流保護(hù)(防止輸出電壓高于輸入時(shí)損壞芯片),可靠性顯著提升。
性能指標(biāo):衡量穩(wěn)壓質(zhì)量的核心參數(shù)
評(píng)估線性穩(wěn)壓器性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括輸出精度、壓差、負(fù)載調(diào)整率、線性調(diào)整率、噪聲、靜態(tài)電流等,這些參數(shù)直接決定其在特定場(chǎng)景的適用性。
輸出精度是指實(shí)際輸出電壓與標(biāo)稱值的偏差,通常以 ±% 表示(如 ±2%),受基準(zhǔn)電壓精度、反饋電阻公差、溫度漂移等因素影響。例如,某 LDO 標(biāo)稱輸出 3.3V,精度 ±2%,則實(shí)際輸出范圍為 3.234~3.366V,足以滿足大多數(shù)數(shù)字電路的需求;而射頻電路可能需要 ±1% 甚至 ±0.5% 的高精度 LDO(如 ADM1177 的精度 ±0.5%)。
負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation)衡量輸出電壓隨負(fù)載電流變化的穩(wěn)定性,定義為 “負(fù)載電流從最小到最大時(shí),輸出電壓的變化量與標(biāo)稱值的百分比”(如 0.1%/A)。優(yōu)質(zhì) LDO 的負(fù)載調(diào)整率可低至 0.01%/mA(如 LT1763 的調(diào)整率 < 0.005%/mA),確保在負(fù)載快速變化(如 MCU 從休眠到全速運(yùn)行)時(shí)輸出電壓波動(dòng)極?。?/span><10mV)。
線性調(diào)整率(Line Regulation)反映輸入電壓變化對(duì)輸出的影響,定義為 “輸入電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí),輸出電壓的變化量與標(biāo)稱值的百分比”(如 0.01%/V)。傳統(tǒng) 7805 的線性調(diào)整率約 0.1%/V,而 LDO(如 LM1117)可降至 0.05%/V 以下,適合輸入電壓波動(dòng)較大的場(chǎng)景(如電池供電設(shè)備,電壓從 4.2V 降至 3V)。