LD0、QLDO、VLDO的設(shè)計(jì)原理及測試

　　O 引言

　　近年來低壓差穩(wěn)壓器(LD0，Low Dropout Regulator)、準(zhǔn)低壓差穩(wěn)壓器(QLDO，Quasi Low Dropout Regulator)和超低壓差穩(wěn)壓器(VLD0，Very Low Dropout Regulator)競相問世，并在低壓供電領(lǐng)域獲得推廣應(yīng)用。

　　1 LD0、QLDO的設(shè)計(jì)原理

　　下面首先介紹普通串聯(lián)調(diào)整式線性集成穩(wěn)壓器的基本原理，然后分別闡述低壓差穩(wěn)壓器、準(zhǔn)低壓差集成穩(wěn)壓器的基本原理，從中比較它們的顯著特點(diǎn)。

　　1.1 普通線性集成穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)原理

　　普通線性集成穩(wěn)壓器亦稱NPN型穩(wěn)壓器，其原理如圖1所示。典型產(chǎn)品有7800系列三端固定式線性集成穩(wěn)壓器和LM317系列三端可調(diào)式線性集 成穩(wěn)壓器。它們都屬丁NPN型穩(wěn)壓器，即串聯(lián)調(diào)整管是由NPN型晶體管VT2、VT3構(gòu)成的達(dá)林頓管。VT1為驅(qū)動(dòng)管，它采用PNP型晶體管。U1為輸入 電壓，U0為輸出電壓。R1和R2為取樣電阻，取樣電壓U0加到誤差放大器的 同相輸入端，UQ與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓UREF相比較，二者的差值經(jīng)誤差放大器放大后產(chǎn)生誤差電壓Ur，用來調(diào)節(jié)串聯(lián)調(diào)整管的壓降，使輸出電壓達(dá)到 穩(wěn)定。舉例說明，當(dāng)輸出電壓U0降低時(shí)，UQ和Ur均降低，因驅(qū)動(dòng)電流增大，故調(diào)整管的壓降減小，使輸出電壓升高，最終使U0維持穩(wěn)定。由于反饋環(huán)路總是 試圖使誤差放大器兩個(gè)輸入端的電位相等，即UQ=UREF，因此

　　普通集成穩(wěn)壓器的主要缺點(diǎn)是輸入-輸出壓差高。為了維持穩(wěn)壓器的正常工作，要求最低輸入-輸出壓差(U1-U0)不得低于2 V，一般取4 V以上為宜。這是造成調(diào)整管功耗大的主要原因。由圖l可見，輸入-輸出壓差的計(jì)算公式為

　　式中：UBE為VT2、VT3的發(fā)射結(jié)電壓(這里假定二者相等)，岡此總發(fā)射結(jié)電壓為2UBE;

　　UCES為PNP型晶體管BTl的集電極-發(fā)射極飽和壓降。

　　1.2 LD0的設(shè)計(jì)原理

　　LD0的設(shè)計(jì)原理如圖2所示。LDO與普通線性集成穩(wěn)壓器的主要區(qū)別是采用PNP型功率管作調(diào)整管，并且不需要驅(qū)動(dòng)管。其輸入-輸出壓差的計(jì)算公式為

　　由于公式中不含2UBE這一項(xiàng)，因此可大大降低輸入-輸出壓差。滿載時(shí)輸入-輸出壓差的典型值小于500mV，輕載時(shí)僅為10~50mV。這是其顯著特點(diǎn)。

　　但低壓差線性穩(wěn)壓器有其不足之處，即所需的基極驅(qū)動(dòng)電流及靜態(tài)工作電流Id較大。滿載時(shí)若PNP管的β值為15～20倍，則LDO的 Id≈(5%～7%)Io。由它產(chǎn)生的功耗會(huì)限制穩(wěn)壓器效率的進(jìn)一步提高，這在電池供電的低功耗系統(tǒng)中是不容忽視的問題。

　　1.3 QLDO的設(shè)計(jì)原理

　　準(zhǔn)低壓差集成穩(wěn)壓器(QLDO)是因輸入-輸出壓差介于NPN穩(wěn)壓器和LDO穩(wěn)壓器二者之間而得名的。其設(shè)計(jì)原理如圖3所示。QLDO的內(nèi)部調(diào) 整管VT2也采用NPN型功率管，但增加了一級(jí)PNP型驅(qū)動(dòng)管VT1，因此它兼有普通集成穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)電流小、低壓差集成穩(wěn)壓器輸入-輸出壓差低的優(yōu)點(diǎn)。其 輸入-輸出壓差的計(jì)算公式為

　　式中包含UBE這一項(xiàng)，意味著QLDO的輸入-輸出壓差介于NPN穩(wěn)壓器和LDO之間。QLDO具有較好的性能指標(biāo)：例如LMl085能輸出 3A的電流，而靜態(tài)工作電流僅為10mA。QLDO也需要接輸出電容，但其容量可比LDO用得小，對(duì)電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)要求較低。

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