用低压差线性稳压器优化开关电源设计

会员202761

低压差线性稳压器(LDO)的基本原理及选用原则，并将其应用于开关电源设计之中。这种设计方案简化了开关电源的多路输出设计，减小了负载调整率，有效地抑制了电磁干扰(EMI)，并加强了开关电源的过流保护功能。

电源是各种电子设备必不可缺少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类，由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，开关电源效率可达80%~90%，比普通线性稳压电源提高近一倍，目前已成为稳压电源的主流产品。本文介绍一种应用低压差线性稳压器(LDO)优化开关电源的设计方案，并对该方案的可行性通过实验加以验证。

LDO的基本原理

低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1所示，该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。

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图1：低压差线性稳压器基本电路。

取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。

应当说明的是，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET。

LDO的选用原则

1. 输入输出电压差

输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的前提下，该电压差越低，线性稳压器的性能越好。比如，5.0V的低压差线性稳压器，只要输入5.5V，就能使输出电压稳定在5.0V。

2. 最大输出电流

用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需要的电流值选择适当的稳压器。

. 负载调整率

负载调整率是众多电源设备一个非常重要的参数，它反映了电源抑制负载干扰的能力，负载调整率越低，输出负载对输出电压的影响越小，LDO的品质就越好。

4. 接地电流

接地电流IGND是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流，但是采用PNP晶体管作串联调整元件时，这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差线性稳压器的接地电流很小。

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图2：LDO应用于开关电源原理。

5. 输出电容器

典型LDO需要增加外部输入和输出电容器。利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。

陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。输出电容器的等效串联电阻(ESR)会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的ESR，大概为10 mΩ量级，而钽电容器ESR在100 mΩ量级。另外，许多钽电容器的ESR随温度变化很大，会对LDO性能产生不利影响。电容的具体应用需要咨询LDO厂商以确保正确实施。

6. 封装

选择LDO产品时应考虑LDO的散热，负载大的LDO应尽可能选择大封装，这样有利于LDO性能稳定。

会员199509

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