线性稳压器入门基础

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。

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文章写得好 赏颗六味地黄丸补补

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2 条评论

  • eastcarl

    2019年12月3日

    Rmax Rmin那个公式写反了吧

    • xfire

      2019年12月4日

      仔细看了下 还真没有写错哦 🙃

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