线性稳压器原理及补偿理论(中文)Linear Regulators Theory of Operation.doc

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1、低压差稳压器工作原理 低压差稳压器工作原理随着便携式设备（电池供电）在过去十年间的快速增长，象原来的业界标准LM340和LM317这样的稳压器件已经无法满足新的需要。这些稳压器使用NPN达林顿管，在本文中称其为NPN稳压器（NPNregulators）。预期更高性能的稳压器件已经由新型的低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（quasi-LDO）实现了。(原文：LinearRegulators:TheoryofOperationandCompensation )NPN稳压器（NPNr

2、egulators）     在NPN稳压器（图1：NPN稳压器内部结构框图）的内部使用一个PNP管来驱动NPN达林顿管（NPNDarlingtonpasstransistor），输入输出之间存在至少1.5V～2.5V的压差（dropoutvoltage）。这个压差为：          Vdrop＝2Vbe＋Vsat（NPN稳压器）                                   （1）         LDO稳压器（LDOregulators）     在LDO(LowDropout)

3、稳压器（图2：LDO稳压器内部结构框图）中，导通管是一个PNP管。LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降，满载（Full-load）的跌落电压的典型值小于500mV，轻载（Lightloads）时的压降仅有10～20mV。LDO的压差为：           Vdrop＝Vsat（LDO稳压器）                                           （2）             准LDO稳压器（Quasi-LDOregulators）     准LDO（Quasi-

4、LDO）稳压器（图3：准LDO稳压器内部结构框图）已经广泛应用于某些场合，例如：5V到3.3V转换器。准LDO介于NPN稳压器和LDO稳压器之间而得名，导通管是由单个PNP管来驱动单个NPN管。因此，它的跌落压降介于NPN稳压器和LDO之间：           Vdrop＝Vbe＋Vsat                                                                 （3）          稳压器的工作原理（RegulatorOperation）     

5、所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定（图4：稳压器工作原理图）。输出电压通过连接到误差放大器（ErrorAmplifier）反相输入端（InvertingInput）的分压电阻（ResistiveDivider）采样（Sampled），误差放大器的同相输入端（Non-invertingInput）连接到一个参考电压Vref。参考电压由IC内部的带隙参考源(BandgapReference)产生。误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定：          Vo

6、ut=Vref(1+R1/R2)                                                    （4）         性能比较(PerformanceComparison)     NPN，LDO和准LDO在电性能参数上的最大区别是：跌落电压（Dropout Voltage）和地脚电流（GroundPinCurrent）。跌落电压前文已经论述。为了便于分析，我们定义地脚电流为Ignd（参见图4），并忽略了IC到地的小偏置电流。那么，Ignd等于负载电流IL除以导通管的

7、增益。     NPN稳压器中，达林顿管的增益很高（HighGain），所以它只需很小的电流来驱动负载电流IL。这样它的地脚电流Ignd也会很低，一般只有几个mA。准LDO也有较好的性能，如国半（NS）的LM1085能够输出3A的电流却只有10mA的地脚电流。     然而，LDO的地脚电流会比较高。在满载时，PNP管的β值一般是15～20。也就是说LDO的地脚电流一般达到负载电流的7%。     NPN稳压器的最大好处就是无条件的稳定，大多数器件不需额外的外部电容。LDO在输出端最少需要一个外部电容以减少回

8、路带宽（LoopBandwidth）及提供一些正相位转移（PositivePhaseShift）补偿。准LDO一般也需要有输出电容，但容值要小于LDO的并且电容的ESR局限也要少些。 反馈及回路稳定性（FeedbackandLoopStability）      所有稳压器都使用反馈回路（FeedbackLoop）以保持输出电压的稳定。反馈信号在通过回路后都会在增益和相位上有所改变，通过在单位增益（