关于线性稳压器的原理，功能及类型分析和介绍

线性稳压器是通过线性调节来实现恒定电压输出的电源集成芯片，与分立器件电源比，它集成度更高，输出更稳定，同时集成了更多的诊断与保护功能。

线性稳压器有多种类型，除了通用型线性稳压器以外，还有后级线性稳压器、跟随器和电流检测型线性稳压器，以满足不同的应用场景需求，广泛使用于汽车电子设计中。

在开讲前，让我们通过一则视频，快速了解汽车应用中的线性稳压器性能和作用。

接下来，让我们从线性稳压器的原理，功能及其类型说起...

1. 为什么要使用线性稳压器？

汽车的ECU中，单片机和系统其它器件都需要一个可靠稳定的，电压低于电池电压（例如3.3V或5V）的电源，该电源需在从-40°C到150°C的整个温度范围内工作。分立器件电源由于其电压受负载电流（例如，电阻分频器）或温度（例如，齐纳二极管）的影响，因此分立器件解决方案不能够满足汽车应用中对电源的要求。

线性稳压器把直流输入电压（例如，电池电压）转换为较低的直流输出电压（例如，5V）。只要输入电压是大于输出电压的，即使输入电压波动，输出电压依然能保持稳定不变。

线性稳压器是汽车应用中最常用的电源解决方案。

线性稳压器框图

2. 线性稳压器是如何工作的？

线性稳压器由内部参考电压，误差放大器，反馈电压分压器和功率晶体管构成。导通元件通过误差放大器的控制，传递输出电流。误差放大器比较参考电压和输出反馈电压。

如果输出反馈电压低于参考电压，误差放大器使更多电流流过功率器件，以提高了输出电压。

相反地，如果反馈电压高于参考电压，误差放大器使流过功率晶体管的电流变小，这样输出电压就下降了。

3. 导通元件类型

a) NPN线性稳压器

NPN晶体管

传统的线性稳压器使用NPN双极晶体管作为导通元件。通常，导通元件由一个PNP基极电流驱动晶体管和一个NPN功率晶体管组成，因此压差等于VSAT(PNP) + VBE(NPN)，也就是输入电压和输出电压的最小电压差，大约1.2V。另外，这类线性稳压器的功能和集成保护特性受到限制，需要额外的保护电路。

b) PNP线性稳压器

PNP晶体管

仅用一个PNP双极晶体管作为导通元件，PNP稳压器的压差大约在0.5V左右。基于此特性，该类稳压器被称为低压差线性稳压器（LDO）。这样，在电池电压下降（例如，引擎起动）时，稳压器仍可运行。PNP稳压器自身具有反极性故障保护。

c) NMOS线性稳压器

NMOS

NMOS晶体管提供低压差和极小的静态电流。 因为NMOS的门极需要比源极电压高约2V的电压来驱动旁路原件开路,需要使用一个电荷泵实现低压差。但是，电荷泵也带来了额外的线噪声。

d) PMOS线性稳压器

PMOS

PMOS线性稳压器提供极低的压差和极小的静态电流。PMOS导通元件不需要使用内部电荷泵。英飞凌新型PMOS线性稳压器引进了新的控制环路设计，使得调节环路速度更快，稳定性更高，仅需要一个1µF的输出电容稳压器就能稳定工作。

4.可调节输出电压

某些线性稳压器的输出电压可以通过外部电阻分压器调节，电阻分压电路须连接到命名为ADJ或VA的电压调节引脚。

应用框图

对选定的输出电压，通过下面公式很容易地计算出外部电阻的值：

其中：

R2 < 50kΩ，以忽略流入ADJ/VA引脚的电流

内部参考电压取决于具体器件。在器件数据手册中可以找到器件的Vref 值。

如果需要的输出电压等于参考电压，只要把输出引脚Q直接连接到电压调节引脚ADJ/VA。