线性稳压器入门基础

2019年12月2日by 吴川斌2 Comments

老wu接触过的最简单的电路，就是小时候从手电筒里拆出一节555干电池，用电线将从手电筒里拧下来的小灯与电池连接起来，再加上一个小开关，就能玩整整一个晚上。

后来，上了专业课，学到了电源转换单路，比如上边的直接用干电池给小灯供电有个弊端，随着电池的放电，电池两端的电压逐步降低，小灯的亮光也会变得越来越弱，而如果给电池与小灯之间加一个升压转换电路，就可以让小灯的亮度恒定，用户体验也会更好，而且IC的转换电压可以低到0.9V，可以最大的压榨电池的剩余电量，手电用剩的电池还可以给四驱车用, emmm…好像说反了 😂

当然，只是让手电能够保持恒定的亮度或者尽量压榨电池的可用电量，这只是电源转换电路的一个小case而已，现在的电子产品对电源的要求也是越来复杂，比如下边这张图，排插上的220V交流市电经过AC/DC电源适配器转换成直流电源输入到MacBook和IPhone中，然后MacBook和IPhone里又有若干的PMU、单独的DC/DC转换IC或者LDO转换IC进一步进行电源的调整，比如液晶显示屏背光的升压，USB外围的5V、CPU核心的3.3V、内存的1.2V等等，整个系统电压等级非常复杂，为了管理复杂系统里的不同电源轨，系统硬件工程师的第一步就是要了解系统的电源需求，然后设计相应的系统电源树，以优化电源管理系统的效率、尺寸和BOM成本。

老wu接触的第一个电源转换电路就是稳压器电路了，就是在电源与负载之间反向并一个稳压二极管，形如下边这个样子：
电路虽然简单易于实现，但转换效率却不高，如上边的原理图所示，稳压二极管处于反向偏置连接，当施加的电压高于其反向击穿电压时，稳压二极管导通电流而使其反向击穿电压能够维持相对恒定，Vin和Vout之间的电压差由Rs来平衡掉。这里的Rs最小值是由最低输入电压和最大负载电流决定的，同时Rs又必须足够大，这样才能够限制流入稳压管中的最大电流（这个最大电流发生在输入电压最大且负载电流最小时）。如下边的公式所示：

由于电阻和稳压二极管的损耗比较大，这种电源转换电路效率并不高，在很多追求高转换效率的小功率应用场景并不适用，同时由于稳压二极管的参数容差，其输出电压精度不够理想。
如果将稳压二极管电路稍作改进，将电路里恒定的Rs变成一个可变，受控的串联阻抗来调节电流，并且不让电流流入稳压二极管以减少其损耗，这就变成了线性稳压器。
老wu很喜欢用线性稳压器，因为它相对于DC/DC转换器来说，电路简单，相对价格便宜，外围器件更少，比如下边这颗烂大街的1117电路。

虽然线性稳压器看起来原理简单，layout也不复杂，但想要玩转线性稳压器，你还得考虑一些因素，比如：

输入电压范围
最小输入和输出电容
电源抑制比
输出噪声
接地（静态）电流
关断电流
输出电压精度
线路调整率
动态负载调整率
压差

以上这些参数指标应该怎么理解？
老wu这里推荐ADI的一篇文章《在系统中成功运用低压差稳压器》，讲述LDO相关参数的作用。
老wu之前博文里分享过的：
《理解线性稳压器及其主要性能参数》文章链接：
https://www.mr-wu.cn/understanding-ldos/
《理解低压差稳压器 (LDO) 实现系统优化设计》文章链接：
https://www.mr-wu.cn/understand-ldo-concepts-to-achieve-optimal-designs/
《LDO电容选型指南》文章链接：
https://www.mr-wu.cn/choosing-and-using-capacitors-in-ldo/
以上都是一些不错的补充。
要深入理解LDO的原理的话，老wu推荐看《新概念模拟电路5-源电路信号源和电源》这本书的第6.4章节有不错的讲解。
TI的《线性稳压器基础知识》可以带你全面深入理解线性稳压器的原理。
以上资料老wu都放到网盘里了，大家按照文末给出的下载方式可以获得下载链接。