歡迎來到芝識課堂!上篇我們了解了幾種穩壓器的工作原理、功能和電路配置,本篇我們將為您解析線性穩壓器的動態調節機制,以及三端穩壓器與LDO穩壓器的區別。
1線性穩壓器的動態調節機制解析
線性穩壓器的兩種基本形式是串聯穩壓器和并聯穩壓器。圖1描述了線性穩壓器在輸入電壓波動或負載電流變化時的閉環反饋調節過程,其核心是通過誤差檢測與動態阻抗調整實現穩壓功能。
首先是輸入電壓變化時的反饋調節。當輸入電壓(如電網波動或電源擾動)升高時,輸出電壓試圖跟隨升高(因壓差ΔV=Vin-Vout增大)。這時,誤差放大器檢測到輸出電壓偏離設定值,增大可變電阻的阻抗,將多余的輸入電壓以熱量形式耗散,以抵消輸入電壓增量,實現“削峰穩壓”,維持輸出電壓恒定。
再來看負載電流變化時的反饋調節。當負載電流(如設備功耗)減少時,可變電阻電流同步減少,使壓降下降,導致輸出電壓暫時上升。而當誤差放大器檢測到輸出電壓升高時,會進一步增大可變電阻阻抗。即使負載電流降低,仍能通過提高阻抗補償壓降,以穩定輸出電壓。

圖1. 線性穩壓器動態調節機制
2三端穩壓器與LDO穩壓器的區別
三端穩壓器和LDO穩壓器都是線性穩壓器。典型三端穩壓器(也稱標準穩壓器)的輸出晶體管使用NPN型晶體管或N溝道MOSFET。它工作時需要輸入輸出電壓差,即壓差(VDO),VDO最小值必須滿足VIN-VOUT>RIN×IIN+2×VBE,如圖2所示。

圖2. NPN型三端穩壓器
如圖3所示,采用MOSFET的穩壓器,VDO最小值必須滿足VIN-VOUT>RIN×IIN+VGS。假設RIN=1kΩ,IIN=1mA,VBE=0.7V,VGS=1V。經計算,生成5V輸出電壓所需最小輸入電壓,NPN型穩壓器為7.4V,MOSFET型穩壓器為7V。

圖3. MOSFET三端型穩壓器
與上述穩壓器不同,LDO穩壓器主要使用PNP晶體管或P溝道MOSFET。其最小壓差由集電極-發射極電壓(VCE(sat))和漏源電壓(VDS=RDS(ON)×ID)決定,如圖4所示。因此,其工作壓差小于三端穩壓器。

圖4. LDO穩壓器
在電源領域,還有一種新型LDO穩壓器。相比傳統的同類產品,其最大亮點在于壓差更小,這一特性極大地提升了它在各類復雜電路環境中的適用性。
新型LDO穩壓器能實現更小壓差,秘訣在于采用導通電阻小于P溝道MOSFET的N溝道MOSFET。在相同電流下,N溝道MOSFET功率損耗更低,可有效降低穩壓器功耗,提升能源利用效率。
為充分發揮其性能,新型LDO穩壓器配備專用控制電路,內含MOSFET驅動電路,并配有專門用于控制電路的電源引腳,為穩壓器正常運行提供穩定能量。

圖5. 新型LDO穩壓器
東芝憑借新一代工藝打造的雙電源LDO產品,以低壓差有效降低功耗,實現了出色的壓差特性。相比傳統產品,它能在更低輸入電壓下獲預期輸出電壓,減少壓差損耗。其TCR15AG系列采用N溝道低導通電阻MOSFET,利用雙偏置電壓源實現了低壓差,且大電流比競品低60%,提升了電源效率,是諸多電路的理想電源。
本篇我們對線性穩壓器的動態調節機制展開了探究,同時了解了三端穩壓器與LDO穩壓器之間的差異,并介紹了新型LDO穩壓器。至此,關于低壓差(LDO)穩壓器的相關探討暫且告一段落。希望這些內容能在您選擇LDO穩壓器時,提供切實有效的參考。
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原文標題:芝識課堂丨低壓差(LDO)穩壓器(四),線性穩壓器的“動態派對”
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線性穩壓器的動態調節機制解析 三端穩壓器與LDO穩壓器的區別
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