低压差稳压器的基本定义和特性

欢迎来到芝识课堂！从本文开始，我们要为您介绍在电源电路设计中非常重要，还经常露面的“大明星”——低压差稳压器。我们会介绍低压差稳压器的基本定义、内部原理、工作方式以及它们的电气特性。首先，我们来看低压差稳压器是个什么东西。

1什么是低压差稳压器

低压差稳压器（Low dropout regulator，简称LDO）是一种线性直流稳压器集成电路（IC），又称低压差线性稳压器。一般而言，输入与输出电压之间压差较小的稳压器，被称作低压差稳压器。

在实际应用中，所需输出电压与输入电压不一致时，便会用到低压差稳压器。举例来说，如果输入电压为5V，而实际需要的输出电压为3V，在这种情况下，低压差稳压器就成为一种简便经济的稳压解决方案。

在电路中，低压差稳压器的符号是三端形。如图1，它有三个端子：（1）输入电压（VIN）；（2）输出电压（VOUT）；（3）接地。

图1. 低压差稳压器的表示符号和几个端子

另外，位于VIN与栅极驱动电路之间的栅源电压（VGS）主要用来精准控制驱动电路导通与截止状态的关键参数。

图2是东芝的几种低压差稳压器产品。从通用款到紧凑封装款，东芝低压差稳压器产品类型多样，能够满足客户各种高性能需求。

图2. 东芝几种低压差稳压器产品

2低压差稳压器是一种稳压器IC

低压差稳压器是一种稳压器集成电路（IC）。稳压器IC大致分为两类：一是能够将直流电压转换为符合需求的直流电压的IC；二是可将交流电压转变为所需直流电压的IC。

用于直流-直流（DC－DC）转换的稳压器IC又可细分为线性稳压器和开关稳压器（亦称DC－DC转换器）。

图3. 电源IC分类

线性稳压器通常只能实现降压转换。其工作原理是通过调整自身元件（如晶体管）工作状态，使其处于线性放大区，以消耗多余电压来实现输出电压稳定。为此，输入电压必须始终高于输出电压，才能有足够的压差供线性稳压器来调节。

3什么是线性稳压器

作为一种稳压器IC，线性稳压器的MOS管能随输入电压或输出电流的变化起到可变电阻作用，以保持输出电压稳定不变。

线性稳压器有两种基本形式，串联稳压器和并联稳压器。顾名思义，串联稳压器是串联在电源和负载之间的稳压器，而并联稳压器则并联在电源和负载之间。低压差稳压器本质上是一种串联稳压器。

图4. 串联稳压器和并联稳压器

4线性稳压器和开关稳压器的优缺点

线性稳压器和开关稳压器的特性各有千秋，如图5所示。

图5. 线性稳压器和开关稳压器对比

在效率方面，线性稳压器效率偏低，介于50%－80%之间。由于靠调整晶体管消耗多余电压来稳压，电能多以热形式耗散。开关稳压器效率较高，可达80%－95%。它通过高频开关晶体管及储能元件转换电压，所以功耗更小。

在输出纹波上，线性稳压器表现出色，输出纹波小，能提供平滑直流电压，适合为电压稳定性要求高的模拟电路供电。开关稳压器输出纹波较大，不过现代技术已能将其控制在一定范围，常用于对纹波不太敏感的数字电路。

负载响应速度方面，线性稳压器较快，能迅速应对负载变化。开关稳压器相对较慢，但通过优化响应速度也在提升。

电路复杂性与成本方面，线性稳压器结构简单，外部元件少，设计调试容易，成本低，适用于对成本和空间要求高的场景。开关稳压器电路复杂，外部元件较多，设计调试要求和成本高，在大功率、高效率需求场合优势明显。

电磁干扰方面，因无高频开关动作，线性稳压器电磁干扰小，适用于对电磁兼容性要求高的环境。开关稳压器工作产生的高频信号会带来电磁干扰，需采取屏蔽和滤波措施。

本篇我们了解了低压差稳压器的基本定义和特性，下篇我们将分享电子系统对低压差稳压器的要求，以及相应的解决方案。

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