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低压差线性稳压器的拓扑结构与应用

低压差线性稳压器的拓扑结构与应用

作者:河北科技大学 沙占友 安国臣 张良 杨超   时间: 2008-11-10  来源:今日电子   浏览评论

线性稳压器拓扑结构及主要特点

1 低压差线性稳压器的发展现状及应用领域

  随着现代科技的进步,便携式电子产品正朝着高效节能、短小轻薄的方向发展。而传统的集成线性稳压器的输入/输出压差较高,这就大大限制了它在低压供电领域中的应用。尽管开关稳压器的电源效率高,但开关噪声大、输出纹波电压高,且容易产生电磁干扰(EMI),也难以满足高端射频收发装置(如手机)及视频装置(如DVD)的需要。

  近年来问世的低压差线性稳压器,它一经问世便显示出强大的生命力,并以低功耗、高效率、低噪声、高抗扰、体积小、重量轻等显著优点,深受人们的青睐。低压差线性稳压器有3种类型:由低饱和压降的PNP型晶体管作内部调整管的PNP型低压差线性稳压器(LDO,Low Dropout Linear Regulator);由PNP型驱动管和NPN型调整管构成的准低压差稳压器(QLDO,Quasi Low Dropout Linear Regulator);由导通电阻非常低的功率场效应晶体管构成的超低压差线性稳压器(VLDO,Very Low Dropout Linear Regulator)。

  低压差线性稳压器特别适合采用电池供电的便携式电子产品,如笔记本电脑、手机、MP3播放器、数码相机、数码摄录像机、数字视频光盘(DVD)、可视电话、全球定位系统(GPS)、机顶盒(STB)、便携式仪表、汽车电子设备等。

图1  线性稳压器的5种拓扑结构
a)传统的NPN型稳压器  b)准低压差线性稳压器(QLDO)  c)低压差线性稳压器(LDO)  d)PMOS超低压差线性稳压器  e)NMOS超低压差线性稳压器

2 线性稳压器的拓扑结构

  线性稳压器的5种拓扑结构如图1所示。a图为传统的NPN型线性稳压器,其输入/输出压差超过2.5~3V,I为驱动电流(下同)。b图为准低压差线性稳压器(QLDO),其压差可减小到0.9~1.5V。c图为PNP型低压差线性稳压器(LDO),其压差仅为0.3~0.6V。d图为由P沟道MOS管构成的PMOS超低压差线性稳压器(VLDO),其压差可降至100mV左右。e图为由N沟道MOS管构成的NMOS VLDO,其压差可低至几十毫伏。

上述5种线性稳压器的压差计算公式见附表1。
3 低压差线性稳压器的主要特点

  低压差线性稳压器的主要特点是可最大限度地降低调整管压降,从而大大减小了输入-输出压差,使稳压器能在输入电压略高于额定输出电压的条件下工作。例如,传统的线性稳压器7805或LM317,要求输入电压必须比输出电压高出2.5~3V才能正常工作。为获得+5V输出,就需要+8V的输入电压。与之相比,新型低压差稳压器的输入电压只需高于+5.3V,即可获得+5V输出。从电源效率上看,LM317工作在+3.3V、1A时的效率低于50%,若采用Micrel公司的MIC5156型3.3V大电流低压差线性稳压器,则当输入电压略高于3.3V时其效率高达95%。

  低压差线性稳压器与开关稳压器相比,主要有以下6个优点:①稳压性能好;②低噪声(可达几十个微伏,无开关噪声)、低纹波(电源抑制比可达60~70dB),这对于无线电和通信设备至关重要;③低静态电流(超βLDO的静态电流可低至几微安至几十微安),低功耗,当输入电压与输出电压接近时可达到很高的效率;④具有快速响应能力,能对负载及输入电压的变化做出快速反应;⑤外围电路简单(仅用两只电容器),使用方便;⑥成本低廉。
低压差线性稳压器与其他稳压器的性能比较见表2。
低压差线性稳压器的应用

低压差线性稳压器的基本应用有以下5种。

1 交流供电的低压差线性稳压器

  采用交流供电的低压差线性稳压器电路如图2所示。交流输入电压首先经过电源变压器降压,再通过整流滤波器送至低压差线性稳压器(LDO),最后获得直流稳压输出。

图2 采用交流供电的低压差线性稳压器电路

2 采用电池供电的低压差线性稳压器

  采用电池供电的低压差线性稳压器电路如图3所示。低压差线性稳压器在采用电池供电时更具有明显的优势。 

图3 采用电池供电的低压差线性稳压器电路

3 开关电源的后置线性稳压器

  开关电源的后置线性稳压器电路如图4所示。开关电源以电源效率高而著称,但其输出噪声和纹波较大。将线性稳压器接在开关稳压器后面构成的复合式稳压电源,兼有开关电源和线性稳压电源的优点,不仅电源效率很高,而且稳压性能好,输出噪声极低,可获得纯净的直流输出电压。

图4  开关电源的后置线性稳压器电路

4 多路输出式低压差线性稳压器

  多路输出式低压差线性稳压器电路如图5所示,利用4个使能端(Enable 1~Enable 4)可分别控制各路稳压输出的通、断。通信系统中各子系统的模块通常是由各自的稳压器供电的,即使它们采用相同的电源电压。

图5  多路输出式低压差线性稳压器电路

低压差线性稳压器在微处理器电源系统中的应用

  LP2951是SIipex公司推出的低压差

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