一款高负载电流的低压差线性稳压器的设计与分析

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1、第一章绪论第一章绪论随着近年来电子以及其相关行业的迅速发展，以及集成电路的集成程度按照摩尔定理而不断提升，各式各样的电子娱乐设备，通讯设备，手持移动设备，车载电子以及军工电子产品得到了蓬勃发展。因为所有的电子设备都不能不需要可靠的电源，而且不同的电子设备需要不同的电源，这些电源的不同表现为输出电压，效率，噪声，波纹等的差异，以及其对大小，体积，可靠性，稳定性的不同要求。并且随着可持续发展课题的深入，环保与节能成为电子产品乃至各个产业的重大议题，又使得电源管理芯片成为不可或缺的关键器件【lJ。根据iSuppli公司的统计，2011年上半年电源管

2、理半导体销售收入强劲上升，出乎供应商意料。2011年第一季度，电源管理半导体销售收入达到69亿美元，比2010年第四季度的67亿美元增长2．9％。该市场曾在2010年第三季度曾陷入停滞，第四季度开始扩张，第一季度数据显示该市场仍在扩张。预计今年第二季度将保持增长趋势，销售收入有望再增长7．2％，达到74亿美元。尽管去年同期增幅较大——当时电源管理半导体劲增l8．2％，从44亿上升到52亿美元——但2011年第二季度将取得该产业今年最强劲的增长。由此可见，电源管理技术已然从过去的具有体积大，效率低，耗能多等缺点的技术过渡发展为今天的高集成度，高

3、市场份额的重要学科【舶。1．1稳压电源的分类根据不同的分类方式，我们可以对电源管理芯片进行不同的划分，并且每种划分都是从不同角度去分析一类产品。如果根据调整元件的类型，那么稳压电源有以双极型晶体管为调整元件的双极型半导体电源、以MOSFET为调整元件的MOS管电源以及以功率晶体管电源。如果按照电源芯片的应用范围来分，稳压电源可以被区分为直流稳压电源和交流稳压电源，前者向负载提供稳定的直流驱动，而后者则向负载提供稳定的交流电。更多的时候我们按照调整元件的工作模式来分类，这样稳压电源又可以分为两大类，即平常用到最多的开关型稳压电源和线性稳压电源。

4、调整元件对于稳压电源的起着至关重要的作用，线性稳压器正是利用调整元件的阻抗改变的特性，来限制其干路电流的大小，从而达到调整的目的，整个过程中调整元件一直处于打开并导电的状态，这种工作方式我们称之为线性模式。与之相对应的开关电源则是通过不断的打开关断其调整元件，改变它的导通时间，一款高负载电流的低压差线性稳压器的设计与研究限制平均电流的大小，继而达到获得稳定输出电压的目的，因为调整元件工作于高速通断的开关导电状态，这种工作方式我们称为开关模式。具体产品主要有以下几项：1．开关式稳压器开关式稳压器主要指的是那些通过工作在重复进行开关动作的晶体管(

5、多数情况下是MOSFET)完成负载功率调节的稳压电源，一般以DC／DC为主。开关稳压器从某个输入源不断的获取能量，用一个开关晶体管把获得的这些能量截断成一个个的能量包，然后通过储能元件电容和电感进行传输，从而可以按照规则在电路中转换并调整这些能量包，最后再将之前的这些能量包汇合在一起，这样在稳压器的输出端口便能够得到稳定的电压【3】。这种工作方式也被称作为直流斩波。在实际的应用中，电源的输入电压各不相同，同时它的负载所需要的输入电压(即稳压器的输出电压)也各有差异，于是根据稳压器的输入电压和输出电压之间的大小关系，DC／DC稳压器可以分为Bu

6、ck型稳压器，也就是降压转换器，使得输出电压低于输入电压；BooSt型稳压器，也就是升压转换器，使输出电压高于输入电压；Buck-B00st型，这种既可以实现升压，也可以实现降压。2．线性稳压器线性稳压器，是指一类将调整元件的工作状态设为线性模式的稳压器。低压差线性稳压器是我们平时使用最多的线性稳压器。线性稳压器同开关式稳压器最大的不同是它只具有把输入电压降为更低的输出电压的功能，即只能降压，不能升压。它最大的优点是电源纹波抑制效果好、外围电路简单、成本较低；但它的缺点是电源转换效率相对较低。但是当我们需要把1．5V的电压降到1．2V的时候，

7、不论是开关电源稳压器和标准低压差线性稳压器都无法适用，因为它的压差通常都大于700rnV，这种情况下会采用超低压差线性稳压器来解决这个问题，一般情况下其输入电压大概是lV左右，而它的压差则会低于300mV，内部基准接近O．5V。这样的线性稳压器可以很容易的实现小压差降压，同时还能保证稳压器的效率高于85％【4】。几乎所有的电子设备中，稳定的电源不可或缺，在这些电源中，线性稳压器以其独有的优势成为某些电子产品的主要供电电源之一。因为线性稳压器的成本一般比较低廉，体积小且集成度高，同时对外围电路的拓扑结构要求简单而成为电子电路中最常用的电子元器件

8、。各种不同的LDO线性稳压器的应用电路主要分为以下几种情况。表1．1总结了各类稳压电源的优点和缺点。1．2LDO线性稳压电源的典型应用几乎所有的电子设备中，稳定的电