作者：曹會賓

        本文介紹了低壓差線性穩壓器(LDO)的基本原理及選用原則，并將其應用于開關電源設計之中。這種設計方案簡化了開關電源的多路輸出設計，減小了負載調整率，有效地抑制了電磁干擾(EMI)，并加強了開關電源的過流保護功能。

        電源是各種電子設備必不可缺少的組成部分，其性能的優劣直接關系到電子設備的技術指標及能否安全可靠地工作。目前常用的直流穩壓電源分線性電源和開關電源兩大類，由于開關電源內部關鍵元器件工作在高頻開關狀態，本身消耗的能量很低，開關電源效率可達80%~90%，比普通線性穩壓電源提高近一倍，目前已成為穩壓電源的主流產品。本文介紹一種應用低壓差線性穩壓器(LDO)優化開關電源的設計方案，并對該方案的可行性通過實驗加以驗證。

        LDO的基本原理

        低壓差線性穩壓器(LDO)的基本電路如圖1所示，該電路由串聯調整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

圖1：低壓差線性穩壓器基本電路。

        取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref相比較，兩者的差值經放大器A放大后，控制串聯調整管的壓降，從而穩定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅動電流增加，串聯調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續進行，調整時間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應速度的限制。

        應當說明的是，實際的線性穩壓器還應當具有許多其它的功能，比如負載短路保護、過壓關斷、過熱關斷、反接保護等，而且串聯調整管也可以采用MOSFET。

        LDO的選用原則

        1. 輸入輸出電壓差

        輸入輸出電壓差是低壓差線性穩壓器最重要的參數。在保證輸出電壓穩定的前提下，該電壓差越低，線性穩壓器的性能越好。比如，5.0V的低壓差線性穩壓器，只要輸入5.5V，就能使輸出電壓穩定在5.0V。

        2. 最大輸出電流

        用電設備的功率不同，要求穩壓器輸出的最大電流也不相同。通常，輸出電流越大的穩壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩壓器組成的供電系統中，應根據各部分所需要的電流值選擇適當的穩壓器。

        3. 負載調整率

        負載調整率是眾多電源設備一個非常重要的參數，它反映了電源抑制負載干擾的能力，負載調整率越低，輸出負載對輸出電壓的影響越小，LDO的品質就越好。

        4. 接地電流

        接地電流IGND是指串聯調整管輸出電流為零時，輸入電源提供的穩壓器工作電流。該電流有時也稱為靜態電流，但是采用PNP晶體管作串聯調整元件時，這種習慣叫法是不正確的。通常較理想的低壓差線性穩壓器的接地電流很小。

圖2：LDO應用于開關電源原理。

        5. 輸出電容器

        典型LDO需要增加外部輸入和輸出電容器。利用較低ESR的大電容器一般可以全面提高電源抑制比(PSRR)、噪聲以及瞬態性能。

        陶瓷電容器通常是首選，因為它們價格低而且故障模式是斷路，相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路。輸出電容器的等效串聯電阻(ESR)會影響其穩定性，陶瓷電容器具有較低的ESR，大概為10 mΩ量級，而鉭電容器ESR在100 mΩ量級。另外，許多鉭電容器的ESR隨溫度變化很大，會對LDO性能產生不利影響。電容的具體應用需要咨詢LDO廠商以確保正確實施。