线性稳压器LDO的基础知识

一、什么是线性稳压器?

• 线性稳压器的工作原理是：采用一个压控电流源以强制在稳压器输出端上产生一个固定电压。控制电路连续监视（检测）输出电压，并调节电流源（根据负载的需求）以把输出电压保持在期望的数值。
• 电流源的设计极限限定了稳压器在仍然保持电压调节作用的情况下所能供应的最大负载电流。
• 输出电压采用一个反馈环路进行控制，其需要某种类型的补偿以确保环路稳定性。大多数线性稳压器都具有内置补偿功能电路，无需外部组件就能保持完全稳定。
• 某些稳压器（比如低压降型）则确实需要在输出引脚和地之间连接一些外部电容以确保稳压器的稳定性。

二、线性稳压器操作

• 电压反馈负责对输出进行采样，R1 和 R2 可以内置或外置 反馈用于控制传输晶体管至负载的电流

三、线性稳压器拓扑

基本的(一阶)线性稳压器可以模拟为两个电阻器和一个用于 VIN 的电源。 现实中，唯一恒定的参数是输出电压 VOUT。所有其他的参数都将会不断地改变。输入电压可能会由于外界的干扰而变化，而负载电流也许会因为负载运行状况的动态变化而发生改变。这些变量的变化可能会全部同时发生，而用于将 VOUT 保持在一个恒定值所需的 RPASS 的数值也将必需相应地改变。

带数值的简单模型

对于第一个例子，我们将分配典型的操作值并计算串联传输元件 RPASS 所需的数值。

VIN = 12V VOUT= 5V ILOAD = 50 mA

当 VIN= 12V 和 VOUT= 5V 时，RPASS 两端的电压 = (12V - 5V) = 7V，当流过 RPASS

的电流= ILOAD = 50 mA 时，RPASS 所需的电阻 = (7V / 50mA)= 140Ω。

负载电流变化的简单模型

对于第二个例子，我们将负载电流从 50mA 变 500mA，并计算串联传输元件 RPASS 所需

的数值。 VIN= 12V VOUT= 5V ILOAD= 500 mA

当 VIN= 12V 和 VOUT= 5V 时，RPASS 两端的电压= (12V - 5V) = 7V ，当流过 RPASS

的电流= ILOAD = 500 mA 时，RPASS 所需的电阻 = (7V / 500mA) = 14Ω。

输入电压变化的简单模型

对于第三个例子，我们将输入电压从 12V 变为 22V，并计算串联传输元件 RPASS 所需

的数值。 VIN= 22V VOUT= 5V ILOAD= 50 mA

当 VIN= 22V 和 VOUT= 5V 时，RPASS 两端的电压 = (22V - 5V) = 17V，当流过 RPASS

的电流 = ILOAD = 50 mA 时，RPASS 所需的电阻= (17V / 50mA) = 340Ω。

控制环路

如前面所述，当工作条件发生变化时，串联传输元件 RPASS 的电阻也需要做出改变。这是利用一个控制环路实现的。误差放大器监视采样输出电压，将之与一个已知的基准电压进行比较，并主动地调整 RPASS 以保持 VOUT 的恒定。所有线性稳压器的一个共同特性是其在负载电流需求发生变化之后需要一定的时间去“校正”输出电压。这种“时滞”限定了被称为瞬态响应的特性，此特性反映了稳压器在负载变化之后能够以多快的速度恢复稳态运作。

具有控制环路模块的简单模型

这里增加了“简单”的模块以说明所有线性稳压器的 4 个基本组成部分：

1. 串联传输元件 误差放大器 VOUT 采样网络 基准电压

给 LDO 环路增添一个零点

最早期的 LDO 是使用 NPN 型达林顿构成，这种 LDO 理论上是不需要输出电容的，而实际上为了保证更低的输出噪声以及更快的动态响应，往往需要加上输出电容。所有的电容器都具有一个等效串联电阻 (ESR)。ESR 给 LDO 环路添加了一个零点，其频率为： FZERO=1/(2πx COUT x ESR) 。该零点增加了正相移，可对 LDO 环路中的两个低频极点之一进行补偿。

采用 COUTESR 实现 LDO 的稳定

当输出电容器 ESR 为 1Ω 时，它在 16kHz 频率上增加了一个零点，该零点增加了大约+81°的正相移(在 0 dB 下)该零点使 0 dB 下的总相移回复至 -110°，相位裕量增加至+70°，因此环路是稳定的。