線性穩壓器 Linear regulator，我們一般稱為 LDO。LDO 是英文 Low Drop Out 的首字母縮寫，其中的 Drop Out是指線性穩壓器輸入端到輸出端之間的電壓差，前面加了一個 Low 之后，其詞性就變成了一個形容詞，形容此線性穩壓器在工作中可以在很小的電壓差下輸出穩定的電壓，但可能是由于說“低壓差線性穩壓器”太復雜了， LDO 就變成了它的代名詞。在實際的線性穩壓器中，實現調壓功能的關鍵組件是一個調整管，它就像一個可變電阻一樣串接在供電源和負載之間，當輸入電壓或是負載電流發生變化時，受誤差控制電路驅動的調整管就及時調整其呈現出來的電阻量，使得負載端的電壓總是處于恒定狀態，下圖展示了這一系統的內部結構：

從上圖中我們可以看到，線性穩壓器的壓差 (Drop Out) = Vin - Vout = Iout * R，其中 Iout 是由負載決定的， R 則是調整管本身的特性，只有 R 可以足夠小，壓差才可以足夠小，所以最小的 R 就成了器件的關鍵特性之一。但要測量一個器件的最小 R 可不容易，這項指標就被轉化為一定負載電流下的最小壓差，這不過是歐姆定律的一項簡單應用而已，所以已被廣泛接受。

要用最低的成本實現最小化的 R，最好用的方法是采用 nMOSFET 來做調整管，但 nMOSFET 需要使用高于其源極的電壓去驅動其柵極，這樣就需要使用高于輸出電壓至少 1V 以上的電壓源來做驅動。

但在很多系統中，我們可能沒有更高電壓的電壓源可供使用或是使用起來不方便，這時就只有單一的電源供應了。在此情況下繼續采用 nMOSFET 作為調整管就意味著輸入輸出間的壓差必須高于 1V，為了擺脫這種限制，采用 pMOSFET 做調整管的器件就成了市場上的主流，因為它的驅動電壓是低于輸入電壓的，而成本也是接近最優化的。下圖顯示了這種穩壓器的結構：

以上兩種形式的 LDO 都是 MOS 工藝的產品，在性價比方面是無與倫比的，又能滿足大多數系統的需要，所以成為了目前市場上的主流產品。但使用 MOS 工藝設計制造的產品卻也有自己難以克服的一些缺陷。例如，在 MOS 工藝的 LDO 中存在從輸出端到輸入端之間的寄生二極管。當輸入端電壓低于輸出端電壓時，將有電流從輸出端經此二極管流向輸入端，當流入輸入端的電荷累積起來形成的電壓超過器件的啟動電壓時，其調整管甚至會進入導通狀態。這種效應在某些情況下可能是不希望發生的。這時我們常常需要加入防反向二極管。

接下來我們以一款LDO RT9068為例，講講LDO的典型應用。芯片內部圖如下：

RT9068是一款高耐壓，低靜態電流的LDO,最小壓差300mV.這些特點，使得它可以滿足很多環境苛刻的應用的需要，例如車載電子設備、工業控制設備、電池供電設備等。

LDO 自身的發熱量是由它的功耗決定的，其計算公式如下：

其中， PD 是器件自身的功耗，單位是 W；Vin 是輸入電壓，單位是伏特，計算時需要用可能的最高輸入電壓數據；Vout 是輸出電壓，這是在選型和設計時確定的；Iout 是輸出電流，單位是安培，同樣需要使用可能的最大輸出電流來進行計算；IQ 是器件的靜態電流。由于 IQ 非常小，所以此計算公式可以被簡化為如下：

可能是出于滿足寬輸入電壓范圍的考慮， RT9068 在設計上僅考慮為負載提供 50mA 的電流。我們從前面的功耗計算公式中可以看到，在輸入電壓很高的情況下，小小的電流就會造成很大的功耗，所以我們通常并無必要提供大電流輸

出能力，真有這樣的需求時，我們完全可以采用 Buck 架構的降壓電路來滿足很多應用的需求，甚至 Buck + LDO 的架構也可以被考慮，但由于 Buck 的引入，開關噪聲也被引入了，這在某些應用中可能是不能容許的，這時候就必須使用大電流的線性穩壓器。此時，下述電流擴展電路可以派上用場：

上圖是一個電流擴展電路，通過外接的晶體管將電流擴展到能夠滿足實際需要的水平。由于大電流晶體管的電流放大系數通常不是很大， RT9068 輸出的最大 50mA 的額定電流不一定能滿足晶體管驅動的需要，這時，你就需要使用達林頓

晶體管來實現此電路。

下圖是加入限流功能的電流擴展電路

上圖電路的限流功能是通過 R3 的負反饋來實現的。當電流流過R3時形成的電壓降使得落在晶體管基極和Vout之間的電壓不能使得其電流再增加時，限流作用就呈現出來了。也就是說晶體管基極和Vout之間的電壓被兩個二極管給鉗位了，也就是R3上的電壓降被限制了，即R3上的電流被限流了。設計時要注意晶體管基極到最后的輸出端之間的電壓是被兩個串聯的二極管所鉗制的，如果 RT9068 試圖通過提高其 VOUT 端的輸出電壓來增加輸出電流，其增加的輸出就會通過兩個二極管流向 VOUT 端，從而使得這一愿望落空。如果沒有這兩個二極管的存在，上述的限流作用是無法實現的。當然，限流電路的加入也帶來了不足，那就是輸入輸出端之間的最小壓差加大了，這在某些應用場合中可能帶來了新的限制，改善這一參數的方法是選擇具有合適正向壓降的二極管和其他的配套參數。有興趣的朋友還可以去嘗試其他方法，例如使用運算放大器來做電流反饋就是更有效的方法，只是這樣的設計就更復雜了。

作者：喝枸杞論電子

　　審核編輯：湯梓紅