ldo的设计.docx

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ldo的设计

第1章绪论

1.1低压差稳压电源在现实生活中的应用

低压差稳压器（LDO）能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压，而且输入和输出电压之差可以很小。

这个电压差被称为压降或裕量要求，在负载电流为2A时可以低至80mV。

现在，便携设备需要使用的低压差线性稳压器经常多达20个。

最新便携设备中的许多LDO被集成进了多功能电源管理芯片2（PMIC）——这是高度集成的系统，拥有20个或以上的电源域，分别用于音频、电池充电、设备管理、照明、通信和其它功能。

然而，随着便携系统的快速发展，集成式PMIC已经无法满足外设电源要求。

在系统开发的后期阶段必须增加专用LDO来给各种选件供电，如相机模块、蓝牙、WiFi和其它连接模块。

LDO还能用来辅助降低噪声，解决由电磁干扰（EMI）和印刷电路板（PCB）布线造成的稳压问题，并通过关闭不需要的功能来提高系统效率。

1.2低压差稳压电源的发展现状

LDO发展概况 中国集成电（IC）产业经过40余年的发展，已经形成了一个良好的产业基础，并已经进入了一个加速发展的新阶段。

借鉴国外先进技术，充分利用国内优惠政策，是当前国内各个IC公司发展的立足点。

 作为被广泛应用于手机、DVD、数码相机以及Mp3等多种消费类电子产品中的稳压芯片，LDO已引起人们的高度重视。

国内早期从事LDO生产的圣邦微电子有限公司生产的SG2001、SG2002及SG2003系列LDO，足以满足当前市场上主流电压、电流的需要；它的SG2004、SG2011以及SG2012系列产品，非常适合于大电流负载应用；而它的SGM2007/2006/2005系列RF LDO更适用于手机电源的应用。

尽管是国产芯片，但这些芯片的性能丝毫不逊色于国外同类产品，而价格更适合于当前国内市场。

  由此看来，国内与国外IC发展的将不会越来越大，每个国人都可以相信，中国不仅可以成为IC产业的新兴地区，更能成为世界IC强国。

1.3低压差稳压电源的发展趋势

目前，低压差线性稳压器正进入一个蓬勃发展的新时期。

主要表现为新技术不断涌现，新工艺被普遍采用，新产品层出不穷，其应用领域也日益广泛。

 ，低压差线性稳压器的发展趋势：

　　一、广泛采用新技术，不断开发新产品

　　目前新型VLDO的调整管大多采用CMOS工艺制成的P沟道MOS场效应管（PMOS）,也有的采用N沟道MOS场效应管（NMOS）。

其中，NMOS功率场效应管的压差可低至几十毫伏。

若用VLDO配上外部大功率MOSFE丁管，还可获得更低的压差和大电流输出。

PMOS和NMOS超低压差线性稳压器中的调整管是采用CMOS工艺制成的，亦称CMOSVLDO。

此外，目前还有一种DMOSVLDO,它是采0DMOS工艺制成的，例如美国TI公司新推出的REG101型VLDO，就采用DMOS场效应管。

　　二、不断提高技术性能

　　目前，新型LDO和VLDO的技术性能不断得到改善，功能也日臻完善。

它们不仅具有过电流保护（亦称限流保护）、过热保护功能，还增加了过电压关断（OvervoltageShutdown）、输入欠电压保护（InputUndervoltageProtection）、电池极性反接保护（Reversed"BatteryProtection）等功能。

一'旦输入电压超过最大值或低于最小值时，LDO能自动将电源关断。

即使将输人电源的极性接反，也能保护LDO不受损坏。

　　三、进一步拓宽LDO的应用领域

　　为简化多路稳压电源的设计，美国Micrel公司推出的MIC68200型低压差稳压器具有排序与跟踪功能。

所谓排序，就是在由多个稳压电源构成的电源系统中，使每个稳压电源的输出都能按照规定的顺序接通或关断。

在构成主电源和从电源时，利用此功能可对电源的工作顺序进行自动排序，以满足微处理器、现场可编程门阵列（FPGA）对各路电压工作顺序要求。

此外，MIC68200还具有跟踪能力，其辅助输出电压能自动跟踪主输出电压的变化，并随时调整自己的输出电压使各路输出之间的相对变化量为最小。

　　为满足CDMA（异步码分多址）手机电源的需要，美伝公司无触点稳压器厂家专门开发了带串行接口的可编程五路输出式超低压差线性稳压器，典型产品为MAX1798/MAX17"。

　　复合式低压差线性稳压器兼有开关电源和LDO的优点，不仅电源效率高，而且输出纹波电压和噪声极低，是一种颇具发展前景的新型稳压器。

复合式低压差线性稳压器有两种设计方案，一种是将LDO作为开关稳压器的后置稳压器；另一种是在同一个芯片中集成DC/DC变换器与LDO。

例如，美国Microchip公司开发的复合式超低压差线性稳压器TC1304，内部包含同步降压式开关稳压器和VLDO，前者适合给微处理器供电，后者可作为辅助电源使用。

1.4章节安排

本设计第一章为绪论，绪论包含LDO的应用，发展现状及发展趋势。

第二章稳压电源的分类，对稳压电源的典型种类做了介绍。

第三章也是本次设计的重点既直流稳压电源的组成及各部分的作用工作原理。

第2章稳压电源的组成

稳压电源（stabilizedvoltagesupply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。

包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。

2.1交流稳压电源

又称交流稳压器。

随着电子技术的发展，特别是电子计算机技术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，电网直接供电已不能满足需要，交流稳压电源的出现解决了这一问题。

常用的交流稳压电源有：

①铁磁谐振式交流稳压器。

由饱和扼流圈与相应的电容器组成，具有恒压伏安特性。

②磁放大器式交流稳压器。

将磁放大器和自耦变压器串联而成，利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压。

③滑动式交流稳压器。

通过改变变压器滑动接点位置稳定输出电压。

④感应式交流稳压器。

靠改变变压器次、初级电压的相位差，使输出交流电压稳定。

⑤晶闸管交流稳压器。

用晶闸管作功率调整元件。

稳定度高、反应快且无噪声。

但对通信设备和电子设备造成干扰。

20世纪80年代以后，又出现3种新型交流稳压电源：

补偿式交流稳压器。

数控式和步进式交流稳压器。

净化式交流稳压器。

具有良好隔离作用，可消除来自电网的尖峰干扰。

数控稳压电源：

是通过观察区在设备输出端取样，对现时电压跟额定电压作出比较、核对，如比较为负值，则发送数据到中央处理器（CPU），由中央处理器作出电压加的命令。

同时，检测区检测半导体是否已开、关。

确认无误后，中央处理器做出电压加的命令控制半导体工作，从而达到额定电压的标准。

如果正值，中央处理器则做出电压减的命令，整个过程全部数字化只需0.048秒时间。

本设备将瞬间反复变化的电压通过数字控制回路稳定来确保输出电压始终为额定电压。

采用数码式控制原理监控电压的变化，通过电子晶闸开关调整变压器的TAP来始终保持稳定的输出电压的数码式电源稳压器（DIGITALTAPCHANGINGMETHOD）

2.2直流稳压电源

又称直流稳压器。

它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。

稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。

前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。

纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。

直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。

前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压（或电流）。

这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低（常低于40%～60%）。

后者以改变调整元件（或开关）的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。

这类电源功耗小，效率可达85%左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。

所以，80年代以来发展迅速。

2.2.1直流稳压电源的分类

直流稳压电源的发展已有几十年的历史，已从分立器件发展到集成电路。

集成稳压电路具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，随着功率集成电路的发展，集成稳压电路已有多个品种、多种型号问世，按输出电压、输出电流形成系列产品，已成为直流稳压电源的主流产品，特别适用于小型电子设备使用。

目前生产直流稳压电源种类很多，可以从不同的角度分类：

1、按稳定方式分，有参数型稳压器和反馈调整型稳压器。

参数型稳压器电路简单，主要是利用电子组件的非线性实现稳压，例如，1只电阻和1只稳压管即可构成参数型稳压器。

反馈调整型稳压器具有负反馈，是闭环调整系统，利用输出电压的变化，经取样、比较、放大得到控制电压，去控制调整元件，从而达到稳定输出电压的目的。

2、按调整元件和负载连接方式分，有并联式稳压器和串联式稳压器。

调整元件与负载并联的称为并联式稳压器，调整元件与负载串联的称为串联式稳压器。

3、按作用器件分，有电子管稳压器、稳压管稳压器、晶体管稳压器、可控硅稳压器等。

4、按调整器件的工作状态分，有线性稳压器和开关稳压器。

调整器件工作在线性放大状态的为线性稳压器，调整器件工作在开关状态的称为串联式稳压器。

5、按电路的主要部分是集成电路还是分立元件分，有集成线性稳压器、集成开关稳压器和分立元器件组成的稳压器。

2.2.2直流稳压电源的技术指标

稳压电源的主要技术指标包括特性指标和质量指标，前者标识稳压电源的功能又称试用指标，后者反映了稳压电源质量的优劣。

1、特性指标

2、输入电压及适用范围。

3、输出电压及输出电压调整范围

4、额定输出电流（指电源正常工作时的最大输出电流）以及过流保护电流值。

（1）电压调整率

负载电流Ｉ0及温度T不变而输入电压U1变化时，输出电压U0的相对变化量△U0/U0与输入电压变化量△U1之比值，称为电压调整率，即

一般直流稳压电源的电压调整率SU为1%、0.1%、0.01%不等，其值越小，稳压性能越好。

电压调整率也可定义为：

在负载电流和温度不变时，输入电压变化

时，输出电压的变化量△U0，单位为毫伏。

（2）稳压系数

稳压系数定义为负载不变时，输出电压相对变化量和输入电压相对变化量之比，即

式中，U1为稳压电路输入直流电压，即整流电路的输出电压。

一般情况下S

在10-2~10-4数量级。

显然，S

越小稳压电路输出电压的稳定性越好。

（3）负载调整率（亦称电流调整率）

在交流电源额定电压条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量用百分数表示

（4）输出电阻（内阻）

当输入电压固定时，输出电压变化量与负载电流变化量之比，称为输出电阻R0，亦称内阻，即

R0=

其单位为欧。

R0的大小反映了当负载变动时，稳压电路保持输出电压稳压的能力。

R0越小负载能力越强，一般R0<1

。

（5）最大纹波电压与纹波抑制比

叠加在输出电压上的交流分量的峰—峰值称为最大纹波电压△U

，一般为毫伏级。

在电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越大。

因此，纹波电压应在额定输出电流情况下测出。

纹波抑制比SR定义为稳压电源输入纹波电压峰—峰值△U

与输出纹波电压峰—峰值△U

之比，并取对数，即

SR=20lg

单位为分贝（dB）。

在质量指标中第

（1）、

（2）项是描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标，第（3）、（4）项是描述负载变化对输出电压影响的技术指标，第（5）项反映了稳压电源对其输入端引入的交流纹波电压的抑制能力。

2.2.3直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图3.1。

图3.1直流稳压电源方框图

其中：

①电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。