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線性集成穩壓器的結構　　

現代電子設備特別是便攜式通信設備的電源大都采用集成穩壓器。集成穩壓器是將穩壓電路中的各種元器件（電阻、電容 、二極管、三極管等）集成化，同時做在一個硅片上，或者將不同芯片組裝成一個整體而成為穩壓集成電路或電源模塊。線性集成穩壓器主要由基準電壓、比較放大器、取樣電路、調整電路、啟動電 路和保護電路等幾部分組成。線性集成穩壓器基本構成如下圖：





圖 線性集成穩壓器基本構成



　　線性集成穩壓器原理：當輸出電壓發生變化時，取樣電路取出部分輸出電壓進行比較，通過比較放大器將誤差信號放大后，送到調整管基極，推動調整管調整其管壓降，達到穩定輸出電壓的目的。由于集成電路中采用失調小的差分放大器及多集電極管、場效應管等，使得集成穩壓器在結構上又有本身的特色。



　　在串聯型穩壓電源中，流過調整管的電流基本上等于輸出的負載電流，當負載電流較大時，要求調整管有足夠大的基極電流。為了減少推動調整管的控制電流，可采用復合調整管。



　　基準電壓的穩定性將直接影響穩壓電源輸出電壓的穩定性和精度，因為基準電壓的漂移會被放大而成為輸出電壓的溫度漂移，所以一個良好的基準電壓電路不僅要求它所提供的電壓不隨輸人電壓和輸出電流而變化，同時還要求它的溫度特性好。因此，在集成電路設計中，除了將基準電壓部分的元件置于遠離功率管的地方外，還將各元件盡量靠近，使它們接近等溫區。在電路選擇上，具有零溫度系數的基準電壓是確保集成穩壓器的高精度等特性的必要條件。



　　比較放大器的作用是把取樣電壓與基準電壓加以比較，并將誤差信號放大，送到調整管的基極，推動調整管工作。為了提高穩壓電路性能，比較放大器應具有較高的增益和溫度穩定性。為了減少輸出電壓溫度漂移，在單片集成穩壓器中常采用差分放大器，同時采用恒流源做動態負載來提高放大器的增益。采用恒流源動態負載的優點是，除了能在不必使用輔助電源的情況下獲得比采用歐姆電阻高得多的電壓增益外，還能充分發揮集成電路的長處；同時，用輸入電壓做放大器電源時，恒流源在輸入與輸出之間還能起隔離作用。



　　單片式集成穩壓器包括許多恒流源電路，如驅動基準電壓源的恒流源、比較放大器的恒流源及比較放大器負載的恒流源。這些恒流源電路不能夠自行導通，在啟動時還要向這些恒流源注人基級電流使其導通，以保證電路能夠正常工作。常用的電路一種是用FET啟動，另一種是二極管式或晶體管式隔離啟動。



　　啟動電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時，使調整管、放大電路和基準電源等建立起各自的工作電流，而當穩壓電路正常工作時啟動電路被斷開，以免影響穩壓電路的性能。



　　由于集成穩壓器的輸出功率較大，而使用情況又多變，對調整管一般都要求有較好的過流、過壓、過熱等保護，這樣可以大大提高集成穩壓器的可靠性。

線性穩壓器基本工作原理　



　　線性穩壓器是通過輸出電壓反饋，經誤差放大器等組成的控制電路來控制調整管的管壓降VDD（即壓差）來達到穩壓的目的，其原理框圖如圖1所示。特點是VIN必須大于VOUT，調整管工作在線性區（線性穩壓器從此得名）。輸入電壓的變動或負載電流的變化引起輸出電壓變動時，通過反饋及控制電路，改變VDO的大小，使輸出電壓VOUT基本不變。



　　普通線性穩壓器和LD0的工作原理是一致的，不同的是，二者采用的調整管結構不同，從而使LD0比普通線性穩壓器壓差更小，功耗更低。



　　有些液晶顯示器中使用的線性穩壓器i設有輸出控制端，也就是說，這種穩壓器輸出電壓受控制端的控制。圖2所示是可控穩壓器的內部框圖。



　　圖1 線性穩壓器原理框圖



　　圖2 可控穩壓器的內部框圖



　　圖2中，EN（有時也用符號SHDN表示）為輸出控制端，一般由微處理器加低電平（或高電平）使LDO關閉（或工作），在關閉電源狀態時，電流約為1μA。

線性穩壓器的特點　

　線性穩壓器具有成本低、封裝小、外圍器件少和噪聲小的特點。線性穩壓器的封裝類型很多，非常適合在液晶顯示器中使用。對于固定電壓輸出的場合，外圍只需2～3個很小的電容即可構成整個電路。



　　超低的輸出電壓噪聲是線性穩壓器最大的優勢。輸出電壓的紋波不到35μV（RMS），又有極高的信噪抑制比，非常適合用做對噪聲敏感的小信號處理電路供電。同時，由于沒有開關時大的電流變化所引發的電磁干擾（EMI），所以便于設計。



　　但線性穩壓器的缺點是效率不高，且只能用于降壓的場合。線性穩壓器的效率取決于輸出電壓與輸入電壓之比η＝Vo：Vio例如，對于普通線性穩壓器，在輸入電壓為5V的情況下，輸出電壓為2.5V時，效率只有50％，也就是約有50％的電能被轉化成熱量流失掉了，這也是普通線性穩壓器工作時易發熱的主要原因：對于LDO，由于是低壓差，因此效率要高得多。例如，在輸入電壓為3.3V的情況下，輸出電壓為2.5V時，效率可達76％。所以，在液晶顯示器中，為了提高電能的利用率，較少采用普通線性穩壓器，而多采用LDO。



線性穩壓器的基本工作原理　　線性穩壓器主要包括普通線性穩壓器和LDO（Low Dropout Regulator，低壓差線性穩壓器）兩種類型，它們的主要區別是：普通線性穩壓器（如常見的78系列三端穩壓器）工作時要求輸入與輸出之間的壓差值較大（一般要求在2～3V以上），功耗較高；而LDO工作時要求輸入與輸出之間的壓差值較小（可以為IV以下甚至更低），功耗較低。