学习日记——LDO稳压器（浅谈）

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学习日记——LDO稳压器（浅谈）

一、LDO稳压器概念

• 百度：LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况，芯片制造商们才研发出了LDO类的电压转换芯片。
• 个人理解：LDO中文：低压差线性稳压器。供应的电压接近于输出电压即低压降，在调节期间电压输出取决于输入电压和压差。正输出电压的LDO通常使用功率晶体管作为PNP。

二、LDO稳压器工作原理

1、输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样误差放大器的同相输入端（Non-inverting Input）连接到一个参考电压Vref。 参考电压由IC内部的带隙参考源(Bandgap Reference)产生。 误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定：Vout = Vref(1 + R1 / R2)
2、若电池为12V，但是我的处理器需要一个5V供电时，该怎么办！！最简单的电路，就是通过电阻分压，如下图所示：

3、但是图中的电路有一个问题就是，如果我们再给R2并联负载的时候，输出的电压是会受到影响的，5V带不动负载。例如我们并联一个1KΩ的电阻时，这是输出的电压就为1V。

我们如果要解决这个问题的话，我们就可以在中间加一个跟随器。通过跟随器的特点（高输入阻抗低输出阻抗）我们就可以带动1K的负载。
跟随器特点：跟随器就是输入电压和输出电压是一样的，跟随变化。电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。

4、但是问题又来了，这个输出电压是随着12V电压的改变而改变的，3端点得电压是随着VCC得改变不停得改变得，那么Vo就会随着VCC改变，没有达到稳压的效果。
加一个不变的参考电压，可以改善这个状态。

由上图可知，我们可以得到一个恒定不变的参考电压VREF。参考电压与VCC无关，使用输出电压VC是恒定的就是一个稳定状态。所以稳压器的雏形就形成了。
5、但是问题又来了，运放最大输出电流能力有限，因此负载较重的时候，输出电压无法达到预期。

由图可知，当我们把1K的负载变成20Ω的时候，即使将输出公式设置在5V输出，但是由于这个运算放大器最大的输出电流能力只有40mA那么输出电压只能等于40mA*20Ω大约在800mV左右。这是运算放大器的输出电流能力限制了运放的输出能力。
为了改善这个问题。我们可以使用三极管的射随器代替运放来提供输出电流。
使用射随器来驱动负载电阻RL我们可以看到Vo完美的实现5V的输出，
负载电流250mA是从8050三极管上流过，放大器只需要输出1.59mA来驱动8050即可。因此只需要提供一个很小的电流就能够给输出提供一个大电流。

6、当我们将上图中的R3改成40K.那么输出Vo就等于10V，那么我们输出通过公式设定为10V但是我们最终的输出只有9.76V，原因是我们运算放大器的输出已经饱和了，我们的LM324在12V供电的时候，它只能输出10.81V的高电平，没有办法再往上了，所以导致我们的电压上不去，为了改善这一点，我们在输出级用一个PNP的管子再用一个NPN来驱动这个PNP。

我们可以看到，输出不再受到LM324输出高电平的限制，而LM324正好是一个输出可以到地的一个运放，因此输出700多mV就可以使我们的8550的PNP的管子导通。最后就得到了我们期望的10V和500mA的输出值。

三、BUCK电路降压原理

如上图所示，BUCK电路的核心元器件包括，开关管（s)、电感（L）、电容（C）、二极管（D)。

各个元器件的特性：

开关管：导通和关断电流（常见的开关管有：三极管、MSOFET、IGBT等）、
电感：可以将电能转换成磁能存储起来，也能将磁能转换成电能再次释放
1、电感在进行储能和释放能量转换时，电感的正负极会发生反向
2、流经电感的电流不能突变，只能逐步变大或变小
电容：具备存放电的功能，电容器两端电压高于外部电路电压时放电，反之充电。与电感不同的是，电容进行充放电不会出现正负极的反向。
二极管：具有正负极特性，电流只能单向流过，在电路中只有正极与正极相接才可流过电流，否则无法流过。

BUCK电路的原理：

• 在上图的电路中，当开关管导通，电流开始从左边的电源正极流出，流向负极，电流通过二极管，遇到二极管的负极不能通过，继续前进。电流经过电感时，电感将电能转换成磁能存储，电流继续前进。电流通过电容，电容充电，电流流过负载，回到电源负极，整个电路通畅，输出端负载正常工作。此时电感工作状态为此周期电感是左正右负。由于流过电感的电流不能突变，所以负载的电压是逐步增大的。当开关管关断，电源不再供电，电感存储的磁能转换成电能释放，此时电感的正负极反向，电感变成了电路里的电源，由于电流永远是从正极流向负极，所以形成下图的电流回路。

此时二极管是可以流过电流的，电感释放的电流会逐步由大变小。降压是如何实现的是现在我们需要解决的问题。

应用：

假设我们输入5V电压，目标是得到3V输出电压，首先开关管导通，电感限制电流逐步增大，输出端的电压逐步增大（0-3V）同时电感储能，当输出电压大于目标值3V时，开关管立刻关断，由电感供电，电感供电会逐步减小，当电感供电电压低于输出所需电压时，开关管再次导通，进行供电，并给电感充电，这个步骤一直循环，通过控制开关管的导通和关断来控制电感的储能和释能，从而实现降压。

电路中电容的作用：

当开关管关断，由于电感的极性发生反转，这一瞬间电感不能给电路供电，此时由电容给电路供电。这符合了电容的特性，当电容两端电压高于外部电路电压时放电，反正充电。
通过此工作原理我们知道，即使是输出电压3V也是上下波动的值，但是由于实际电路工作频率非常快，这样的波动极其微小可以忽略不计。

参考链接

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