由于LDO的输入电压和输出电压之间存在一个压差,当输出一定的负载电流时,会在LDO上消耗Power=UI的功率。这会影响LDO的效率,如果这个功率很大,还会导致LDO上的功率传输管发热,需要使用体积庞大的散热片,这样不利于LDO应用在便携式电子设备中。如果能尽量减小这个压差,这样LDO不但能起到稳压的作用,还能有较高的效率,在输出较大负载电流时也不会发热。
当前无线通讯设备在我们的工作生活中发挥着越来越重要的重要,比如手机、无线上网本、蓝牙(Blue tooth)等。这些无线设备的体积小巧,且作为手持式移动设备一般采用电池来供电,这样小体积且外接元件少的LDO是它们合适的供电方案。
但无线通讯设备的射频发送器的开关动作会产生严重影响电源质量的噪声,比如手机的射频功放的开关频率为217Hz。射频功放在每次开关时都会从电源吸取很大的电流(典型情况下高达1.7A),使得在电池的等效串联电阻(ESR)上将产生高达500毫伏的突发压降。对于嵌入了高分辨率音频转换器和音频放大器的SoC来说,这种变化将危害SoC的总体性能,特别是音频模块的音频处理质量将受到严重影响,听得到嗡嗡的噪声。这种噪声的特点是可听得见,因为它不是随机的噪声。事实上,幅度低至10mV的噪声如果以一个固定速率发生就可以被人耳听见。这种噪声比更大幅度的随机噪声更让人不能接受。
压差和接地电流值定了后就可确定稳压器适用的设备类型。五大主流线性稳压器每个都具有不同的旁路元件(passelement和独特性能,电压差和接地电流值主要由线性稳压器的旁路元件(passelement确定。分别适合不同的设备使用。
即使没有输出电容也相当稳定,它比较适合电压差较高的设备使用,规范NPN稳压器的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流。但较高的压差使得这种稳压器不适合许多嵌入式设备使用。
NPN旁路晶体管稳压器是一种不错的选择,对于嵌入式应用而言,因为它压差小,容易使用。不过这种稳压器仍不适合具有很低压差要求的电池供电设备使用,因为它压差不够低。高增益NPN旁路管可使接地电流稳定在几个毫安,而且它公共发射极结构具有很低的输出阻抗。
正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为200mV左右;与之相比,使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。负输出LDO使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。更新的发展使用CMOS功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。
常用线性稳压器的技术分析[3]
标准NPN稳压器的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流,即使没有输出电容也相当稳定。这种稳压器比较适合电压差较高的设备使用,但较高的压差使得这种稳压器不适合许多嵌入式设备使用。
对于嵌入式应用而言,NPN旁路晶体管稳压器是一种不错的选择,因为它的压差小,而且非常容易使用。不过这种稳压器仍不适合具有很低压差要求的电池供电设备使用,因为它的压差不够低。它的高增益NPN旁路管可使接地电流稳定在几个毫安,而且它的公共发射极结构具有很低的输出阻抗。
PNP 旁路晶体管是一种低压差稳压器,其中的旁路元件就是PNP晶体管。它的输入输出压差一般在0.3到0.7V之间。因为压差低,因此这种PNP旁路晶体管稳压器非常适合电池供电的嵌入式设备使用。不过它的大接地电流会缩短电池的寿命。另外,PNP晶体管增益较低,会形成数毫安的不稳定接地电流。由于采用公共发射极结构,因此它的输出阻抗比较高,这意味着需要外接特定范围容量和等效串联电阻(ESR)的电容才能够稳定工作。
由于P沟道FET稳压器具有较低的压差和接地电流,因此被广泛用于许多电池供电的设备。该类型稳压器将P沟道FET用作它的旁路元件。这种稳压器的电压差可以很低,因为很容易通过调整FET尺寸将漏-源阻抗调整到较低值。另一个有用的特性是低的接地电流,因为P沟道FET的"栅极电流"很低。然而,由于 P沟道FET具有相对大的栅极电容,因此它需要外接具有特定范围容量与ESR的电容才能稳定工作。
N沟道FET稳压器非常适合那些要求低压差、低接地电流和高负载电流的设备使用。用于旁路管采用的是N沟道FET,因此这种稳压器的压差和接地电流都很低。虽然它也需要外接电容才能稳定工作,但电容值不用很大,ESR也不重要。N沟道FET稳压器需要充电泵来建立栅极偏置电压,因此电路相对复杂一些。幸运的是,相同负载电流下N沟道FET尺寸最多时可比P沟道FET小50%。
2、每一个月对稳压器进行一次维护:
仔细清扫各部件,特别是碳刷,接触线圈的裸露部分,去除污垢;
检查稳压器内部各部件和线头是否有松动现象,对于有连接不牢或接触不良的,应及时处理;
及时更换磨损或损坏的碳刷,发现有故障或损坏的元件及时维修或更换。