线性稳压器基础.docx

线性稳压器又称为三引脚稳压器或降压器等，由于电路简单而容易使用，是许多设计者以前早就耳熟能详的电源。过去由分立器件所构成，IC化普及后变得既简便又小型，被使用在各种不同电源的应用中。近年电子设备要求必须具有高效率，需要大输出功率的设备逐渐以开关电源为主流，不过简单又省空间且低噪声的线性稳压器则是哪里都用得到的电源。本项从线性稳压器的工作原理开始，说明其主要规格与热计算。线性稳压器基本上由输入、输出、GND引脚所构成，可变输出则在此增加反馈输出电压的反馈（feed back）引脚(参考图1)。线性稳压器内部电路概述如图2所示。基本上由误差放大器（误差检测用运算放大器）、基准电压源、输出晶体管所构成。输出晶体管虽用Pch MOSFET，但也可使用Nch的MOSFET、双极的PNP、NPN晶体管。图 2:内部电路概述工作是完全模拟，是使用了运算放大器基本控制电路之一，即反馈（feed back）环路。输入或负载变动后，即使输出电压开始变动，误差放大器也会连续比较来自稳压器输出电压的反馈电压和基准电压，调整功率晶体管使差分为零，将VO维持恒定。这是反馈环路控制稳定化（调节）。具体上如前所述，误差放大器非反转引脚的电压由于经常与VREF相同，故流向R2的电流将会恒定。流向R1和R2的电流通过REF÷R2可以求得，故Vo将为此电流×（R1＋R2）。这就是欧姆定律，公式如下：关键要点:?使用误差放大器的反馈环路控制让线性稳压器的输出稳定。线性稳压器的电路构成虽然基本上为图5的反馈环路电路，不过压差电压会因输出晶体管种类而异。标准型和LDO型有极大不同，而LDO型中更可分为3种。使用双极NPN晶体管的LDO虽然品种不太多，但可以处理大电流。甚至可达10A之高，但压差电压则为1V～2V以下，在LDO中为高压类。双极PNP晶体管的LDO目前是双极系LDO主流。起初很难克服启动时的浪涌电流或电流容量问题，不过已逐渐改善。输出晶体管使用MOSFET的产品可支持更低输出电压、以支持电池驱动应用产品的低功耗需求。图 5:基本电路和输出晶体管图 6:输出晶体管和压差电压关键要点:?压差电压视因使用的输出段（控制）晶体管种类而异，故根据使用条件分开使用。系列稳压器、三引脚稳压器、降压器、LDO。这些想必有听过的名称全都是指线性稳压器。除了这些名称，根据其功能或方式可以分成几类。图 3:线性稳压器的体系首先，大致分类的话可以分为正电压用和负电压用。另外，负电压用种类并不多。其下可分为固定输出型和可变输出型。固定型有输入、输出、GND等3引脚，以标准型号78xx（正）、79xx（负）型为代表。IC内置设定用的电阻，反馈引脚无须外露。可变型如图1例所示，如果为GND基准型，反馈引脚会露出变成4引脚。可变型还有无GND引脚的浮动工作317(正)、337(负)等类型，这些为3引脚。固定和可变的又分为标准型和LDO型。LDO是Low Dropout的简称，相对于标准型3V左右的压差电压(可进行稳定工作的最低输出输入电压差)，改良的1V以下的LDO，在3.3V电源IC问世时开始普及。在12V转换至5V规格全盛时期，即使压差电压为标准型3V左右也没有什么问题，但如果需3.3V电源时就无法从5V产生3.3V，于是就诞生了LDO。上述线性稳压器都为内置输出晶体管型，此外还有外置输出晶体管以便处理大电流的线性稳压控制IC。图 4:各种封装的使用其他还有按照制造工艺特征来分类。一般双极工艺的线性稳压器多为35V或50V等高耐压品，消耗电流则多以几mA。CMOS类最近也出20V等高耐压品，输入电压多设定在5V。但消耗电流非常小，只有几十μA。封装方面，线性稳压器注重散热，故使用热阻低的封装。插件型以附散热片的TO-220，表贴型则使用散热片外露于背面的类型为主。关键要点:?分正电压用和负电压用，各有输出固定型和可变型。?LDO为输出输入间电压损耗低的类型，为支持电源电压更低而生。?封装仍多使用附有散热片的插件型。性稳压器的最大优点在于使用简单。由于输入和输出各只附1个电容器工作，实质上或许可以说不需要设计。换句话说，散热设计或许比电路设计麻烦（参考热计算1－6）项）。此外，因为没有开关电源般的开关噪声，纹波抑制特性或电压噪声本身也小，所以在例如AV、通讯、医疗、测量等必须排除噪声的应用上较受欢迎。图 7:应用例缺点在于输出输入的电压差大则损耗就大，损耗几乎完全变为热能，某些条件下发热会非常大。如果使用功率达几瓦以上等级，就必须常常面对发热的问题。此外，线性稳压器只能降压。负电压用的情况虽也相同，不过负电压经常被混淆，在此加以说明。负电压用线性稳压器，例如输入功率为-5V时，无法输出更低的-12V。由于电位从-5V降至-12V，电压从-5V朝-12V的负方向増加，故会朝负方向升压。因此