關(guān)于線性穩(wěn)壓器的原理，功能及類型分析和介紹

線性穩(wěn)壓器是通過(guò)線性調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定電壓輸出的電源集成芯片，與分立器件電源比，它集成度更高，輸出更穩(wěn)定，同時(shí)集成了更多的診斷與保護(hù)功能。

線性穩(wěn)壓器有多種類型，除了通用型線性穩(wěn)壓器以外，還有后級(jí)線性穩(wěn)壓器、跟隨器和電流檢測(cè)型線性穩(wěn)壓器，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求，廣泛使用于汽車電子設(shè)計(jì)中。

在開(kāi)講前，讓我們通過(guò)一則視頻，快速了解汽車應(yīng)用中的線性穩(wěn)壓器性能和作用。

接下來(lái)，讓我們從線性穩(wěn)壓器的原理，功能及其類型說(shuō)起...

1. 為什么要使用線性穩(wěn)壓器？

汽車的ECU中，單片機(jī)和系統(tǒng)其它器件都需要一個(gè)可靠穩(wěn)定的，電壓低于電池電壓（例如3.3V或5V）的電源，該電源需在從-40°C到150°C的整個(gè)溫度范圍內(nèi)工作。分立器件電源由于其電壓受負(fù)載電流（例如，電阻分頻器）或溫度（例如，齊納二極管）的影響，因此分立器件解決方案不能夠滿足汽車應(yīng)用中對(duì)電源的要求。

線性穩(wěn)壓器把直流輸入電壓（例如，電池電壓）轉(zhuǎn)換為較低的直流輸出電壓（例如，5V）。只要輸入電壓是大于輸出電壓的，即使輸入電壓波動(dòng)，輸出電壓依然能保持穩(wěn)定不變。

線性穩(wěn)壓器是汽車應(yīng)用中最常用的電源解決方案。

線性穩(wěn)壓器框圖

2. 線性穩(wěn)壓器是如何工作的？

線性穩(wěn)壓器由內(nèi)部參考電壓，誤差放大器，反饋電壓分壓器和功率晶體管構(gòu)成。導(dǎo)通元件通過(guò)誤差放大器的控制，傳遞輸出電流。誤差放大器比較參考電壓和輸出反饋電壓。

如果輸出反饋電壓低于參考電壓，誤差放大器使更多電流流過(guò)功率器件，以提高了輸出電壓。

相反地，如果反饋電壓高于參考電壓，誤差放大器使流過(guò)功率晶體管的電流變小，這樣輸出電壓就下降了。

3. 導(dǎo)通元件類型

a) NPN線性穩(wěn)壓器

NPN晶體管

傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器使用NPN雙極晶體管作為導(dǎo)通元件。通常，導(dǎo)通元件由一個(gè)PNP基極電流驅(qū)動(dòng)晶體管和一個(gè)NPN功率晶體管組成，因此壓差等于VSAT(PNP) + VBE(NPN)，也就是輸入電壓和輸出電壓的最小電壓差，大約1.2V。另外，這類線性穩(wěn)壓器的功能和集成保護(hù)特性受到限制，需要額外的保護(hù)電路。

b) PNP線性穩(wěn)壓器

PNP晶體管

僅用一個(gè)PNP雙極晶體管作為導(dǎo)通元件，PNP穩(wěn)壓器的壓差大約在0.5V左右?；诖颂匦?，該類穩(wěn)壓器被稱為低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）。這樣，在電池電壓下降（例如，引擎起動(dòng)）時(shí)，穩(wěn)壓器仍可運(yùn)行。PNP穩(wěn)壓器自身具有反極性故障保護(hù)。

c) NMOS線性穩(wěn)壓器

NMOS

NMOS晶體管提供低壓差和極小的靜態(tài)電流。 因?yàn)镹MOS的門(mén)極需要比源極電壓高約2V的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)旁路原件開(kāi)路,需要使用一個(gè)電荷泵實(shí)現(xiàn)低壓差。但是，電荷泵也帶來(lái)了額外的線噪聲。

d) PMOS線性穩(wěn)壓器

PMOS

PMOS線性穩(wěn)壓器提供極低的壓差和極小的靜態(tài)電流。PMOS導(dǎo)通元件不需要使用內(nèi)部電荷泵。英飛凌新型PMOS線性穩(wěn)壓器引進(jìn)了新的控制環(huán)路設(shè)計(jì)，使得調(diào)節(jié)環(huán)路速度更快，穩(wěn)定性更高，僅需要一個(gè)1μF的輸出電容穩(wěn)壓器就能穩(wěn)定工作。

4.可調(diào)節(jié)輸出電壓

某些線性穩(wěn)壓器的輸出電壓可以通過(guò)外部電阻分壓器調(diào)節(jié)，電阻分壓電路須連接到命名為ADJ或VA的電壓調(diào)節(jié)引腳。

應(yīng)用框圖

對(duì)選定的輸出電壓，通過(guò)下面公式很容易地計(jì)算出外部電阻的值：

其中：

R2 < 50kΩ，以忽略流入ADJ/VA引腳的電流

內(nèi)部參考電壓取決于具體器件。在器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中可以找到器件的Vref 值。

如果需要的輸出電壓等于參考電壓，只要把輸出引腳Q直接連接到電壓調(diào)節(jié)引腳ADJ/VA。