線性穩(wěn)壓器的動態(tài)調(diào)節(jié)機制解析

線性穩(wěn)壓器主要有串聯(lián)穩(wěn)壓器和并聯(lián)穩(wěn)壓器這兩種基本形式。圖 1 清晰地描述了線性穩(wěn)壓器在輸入電壓波動或負載電流變化時的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)過程，其是通過誤差檢測與動態(tài)阻抗調(diào)整來實現(xiàn)穩(wěn)壓功能。

首先來看輸入電壓變化時的反饋調(diào)節(jié)情況。當輸入電壓（例如因電網(wǎng)波動或電源出現(xiàn)擾動）升高時，輸出電壓會試圖跟隨升高，這是因為壓差 ΔV = Vin - Vout 增大了。此時，誤差放大器會迅速檢測到輸出電壓偏離了設(shè)定值，然后增大可變電阻的阻抗。這樣一來，多余的輸入電壓就會以熱量的形式被耗散掉，從而抵消輸入電壓的增量，實現(xiàn) “削峰穩(wěn)壓”，確保輸出電壓保持恒定。

再分析負載電流變化時的反饋調(diào)節(jié)。當負載電流（比如設(shè)備的功耗）減少時，可變電阻中的電流會同步減少，導(dǎo)致壓降下降，進而使輸出電壓暫時上升。當誤差放大器檢測到輸出電壓升高后，會進一步增大可變電阻的阻抗。即便負載電流降低，也能通過提高阻抗來補償壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。

三端穩(wěn)壓器與 LDO 穩(wěn)壓器的區(qū)別

三端穩(wěn)壓器和 LDO 穩(wěn)壓器都屬于線性穩(wěn)壓器的范疇。典型的三端穩(wěn)壓器（也被稱為標準穩(wěn)壓器）的輸出晶體管采用 NPN 型晶體管或 N 溝道 MOSFET。它在工作時需要輸入輸出電壓差，也就是壓差（VDO），并且 VDO 的值必須滿足 VIN－VOUT＞RIN×IIN＋2×VBE，如圖 2 所示。

如圖 3 所示，采用 MOSFET 的穩(wěn)壓器，VDO 值必須滿足 VIN－VOUT＞RIN×IIN＋VGS。假設(shè) RIN＝1kΩ，IIN＝1mA，VBE＝0.7V，VGS＝1V。經(jīng)過計算可以得出，生成 5V 輸出電壓所需的輸入電壓，NPN 型穩(wěn)壓器為 7.4V，MOSFET 型穩(wěn)壓器為 7V。

與上述穩(wěn)壓器不同的是，LDO 穩(wěn)壓器主要使用 PNP 晶體管或 P 溝道 MOSFET。其壓差由集電極 - 發(fā)射極電壓（VCE (sat)）和漏源電壓（VDS＝RDS (ON)×ID）決定，如圖 4 所示。因此，它的工作壓差小于三端穩(wěn)壓器。

在電源領(lǐng)域，還有一種新型 LDO 穩(wěn)壓器。相較于傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品，它的亮點在于壓差更小，這一特性極大地提升了它在各類復(fù)雜電路環(huán)境中的適用性。新型 LDO 穩(wěn)壓器之所以能實現(xiàn)更小的壓差，秘訣在于采用了導(dǎo)通電阻小于 P 溝道 MOSFET 的 N 溝道 MOSFET。在相同電流的情況下，N 溝道 MOSFET 的功率損耗更低，能夠有效降低穩(wěn)壓器的功耗，提高能源利用效率。為了充分發(fā)揮其性能，新型 LDO 穩(wěn)壓器配備了專用的控制電路，其中包含 MOSFET 驅(qū)動電路，并且配有專門用于控制電路的電源引腳，為穩(wěn)壓器的正常運行提供穩(wěn)定的能量。

東芝憑借新一代工藝打造的雙電源 LDO 產(chǎn)品，以低壓差有效地降低了功耗，實現(xiàn)了出色的壓差特性。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，它能夠在更低的輸入電壓下獲得預(yù)期的輸出電壓，減少了壓差損耗。其 TCR15AG 系列采用 N 溝道低導(dǎo)通電阻 MOSFET，利用雙偏置電壓源實現(xiàn)了低壓差，并且在大電流情況下比競品低 60%，提升了電源效率，是諸多電路的理想電源選擇。

在本文中，我們對線性穩(wěn)壓器的動態(tài)調(diào)節(jié)機制進行了深入探究，同時了解了三端穩(wěn)壓器與 LDO 穩(wěn)壓器之間的差異，并介紹了新型 LDO 穩(wěn)壓器。至此，關(guān)于低壓差（LDO）穩(wěn)壓器的相關(guān)探討暫且告一段落。希望這些內(nèi)容能在您選擇 LDO 穩(wěn)壓器時，提供切實有效的參考。