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线性稳压电源的应用及技术分析

一、线性稳压电源的应用
线性稳压电源的主要应用体现在以下几个方面:
1. 简单/低成本的解决方案。线性稳压电源和LDO简单易用,特别适合于那些具有低输出电流、热应力不很关键的低功率应用。无需外部功率电感器。
2. 低噪声/低纹波应用。对于那些对噪声敏感的应用(例如:通信和无线电设备)而言,最大限度地抑制电源噪声是非常关键的。线性稳压电源具有非常低的输出电压纹波(因为没有频繁接通和关断的组件),而且线性稳压电源还可以拥有非常高的带宽。所以,几乎不存在EMI问题。有些特殊的LDO(比如:凌力尔特的LT1761 LDO系列)在输出端的噪声电压低至20μVRMS.这么低的噪声水平SMPS几乎是不可能实现的。即使采用ESR非常低的电容器,SMPS的输出纹波往往也将达到mV级。
3. 快速瞬态应用。线性稳压电源反馈环路一般都是内置的,因此无需外部补偿。相比于SMPS,线性稳压电源通常具有较宽的控制环路带宽和较快的瞬态响应。
4. 低压差应用。对于那些输出电压接近输入电压的应用来说,LDO可能比SMPS更有效。有非常低压差LDO(VLDO),

例如:凌力尔特的LTC1844、LT3020和LTC3025,这些器件可提供20mV至90mV的压差电压和高达150mA的电流。最小输入电压可低至0.9V.由于LR中没有AC开关损耗,因此LR或LDO的轻负载效率与其满负载效率很相近。SMPS常常因其AC开关损耗的缘故而具有较低的轻负载效率。在轻负载效率同样十分关键的电池供电型应用中,LDO可提供一种优于SMPS的解决方案。

 稳压电源
二、常用线性稳压电源的技术分析
电压差和接地电流值主要由线性稳压电源的旁路元件(pass element)确定,电压差和接地电流值定了后就可确定稳压电源适用的设备类型。目前使用的五大主流线性稳压电源每个都具有不同的旁路元件(pass element)和独特性能,分别适合不同的设备使用。 


标准NPN稳压电源的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流,即使没有输出电容也相当稳定。这种稳压电源比较适合电压差较高的设备使用,但较高的压差使得这种稳压电源不适合许多嵌入式设备使用。 


对于嵌入式应用而言,NPN旁路晶体管稳压电源是一种不错的选择,因为它的压差小,而且非常容易使用。不过这种稳压电源仍不适合具有很低压差要求的电池供电设备使用,因为它的压差不够低。它的高增益NPN旁路管可使接地电流稳定在几个毫安,而且它的公共发射极结构具有很低的输出阻抗。 


PNP 旁路晶体管是一种低压差稳压电源,其中的旁路元件就是PNP晶体管。它的输入输出压差一般在0.3到0.7V之间。因为压差低,因此这种PNP旁路晶体管稳压电源非常适合电池供电的嵌入式设备使用。不过它的大接地电流会缩短电池的寿命。另外,PNP晶体管增益较低,会形成数毫安的不稳定接地电流。由于采用公共发射极结构,因此它的输出阻抗比较高,这意味着需要外接特定范围容量和等效串联电阻(ESR)的电容才能够稳定工作。 


由于P沟道FET稳压电源具有较低的压差和接地电流,因此被广泛用于许多电池供电的设备。该类型稳压电源将P沟道FET用作它的旁路元件。这种稳压电源的电压差可以很低,因为很容易通过调整FET尺寸将漏-源阻抗调整到较低值。另一个有用的特性是低的接地电流,因为P沟道FET的“栅极电流”很低。然而,由于 P沟道FET具有相对大的栅极电容,因此它需要外接具有特定范围容量与ESR的电容才能稳定工作。 


N沟道FET稳压电源非常适合那些要求低压差、低接地电流和高负载电流的设备使用。用于旁路管采用的是N沟道FET,因此这种稳压电源的压差和接地电流都很低。虽然它也需要外接电容才能稳定工作,但电容值不用很大,ESR也不重要。N沟道FET稳压电源需要充电泵来建立栅极偏置电压,因此电路相对复杂一些。幸运的是,相同负载电流下N沟道FET尺寸最多时可比P沟道FET小50%。

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