歡迎來到芝識課堂！從本文開始，我們要為您介紹在電源電路設計中非常重要，還經常露面的“大明星”——低壓差穩壓器。我們會介紹低壓差穩壓器的基本定義、內部原理、工作方式以及它們的電氣特性。首先，我們來看低壓差穩壓器是個什么東西。

1什么是低壓差穩壓器

低壓差穩壓器（Low dropout regulator，簡稱LDO）是一種線性直流穩壓器集成電路（IC），又稱低壓差線性穩壓器。一般而言，輸入與輸出電壓之間壓差較小的穩壓器，被稱作低壓差穩壓器。

在實際應用中，所需輸出電壓與輸入電壓不一致時，便會用到低壓差穩壓器。舉例來說，如果輸入電壓為5V，而實際需要的輸出電壓為3V，在這種情況下，低壓差穩壓器就成為一種簡便經濟的穩壓解決方案。

在電路中，低壓差穩壓器的符號是三端形。如圖1，它有三個端子：（1）輸入電壓（VIN）；（2）輸出電壓（VOUT）；（3）接地。

圖1. 低壓差穩壓器的表示符號和幾個端子

另外，位于VIN與柵極驅動電路之間的柵源電壓（VGS）主要用來精準控制驅動電路導通與截止狀態的關鍵參數。

圖2是東芝的幾種低壓差穩壓器產品。從通用款到緊湊封裝款，東芝低壓差穩壓器產品類型多樣，能夠滿足客戶各種高性能需求。

圖2. 東芝幾種低壓差穩壓器產品

2低壓差穩壓器是一種穩壓器IC

低壓差穩壓器是一種穩壓器集成電路（IC）。穩壓器IC大致分為兩類：一是能夠將直流電壓轉換為符合需求的直流電壓的IC；二是可將交流電壓轉變為所需直流電壓的IC。

用于直流-直流（DC－DC）轉換的穩壓器IC又可細分為線性穩壓器和開關穩壓器（亦稱DC－DC轉換器）。

圖3. 電源IC分類

線性穩壓器通常只能實現降壓轉換。其工作原理是通過調整自身元件（如晶體管）工作狀態，使其處于線性放大區，以消耗多余電壓來實現輸出電壓穩定。為此，輸入電壓必須始終高于輸出電壓，才能有足夠的壓差供線性穩壓器來調節。

3什么是線性穩壓器

作為一種穩壓器IC，線性穩壓器的MOS管能隨輸入電壓或輸出電流的變化起到可變電阻作用，以保持輸出電壓穩定不變。

線性穩壓器有兩種基本形式，串聯穩壓器和并聯穩壓器。顧名思義，串聯穩壓器是串聯在電源和負載之間的穩壓器，而并聯穩壓器則并聯在電源和負載之間。低壓差穩壓器本質上是一種串聯穩壓器。

圖4. 串聯穩壓器和并聯穩壓器

4線性穩壓器和開關穩壓器的優缺點

線性穩壓器和開關穩壓器的特性各有千秋，如圖5所示。

圖5. 線性穩壓器和開關穩壓器對比

在效率方面，線性穩壓器效率偏低，介于50%－80%之間。由于靠調整晶體管消耗多余電壓來穩壓，電能多以熱形式耗散。開關穩壓器效率較高，可達80%－95%。它通過高頻開關晶體管及儲能元件轉換電壓，所以功耗更小。

在輸出紋波上，線性穩壓器表現出色，輸出紋波小，能提供平滑直流電壓，適合為電壓穩定性要求高的模擬電路供電。開關穩壓器輸出紋波較大，不過現代技術已能將其控制在一定范圍，常用于對紋波不太敏感的數字電路。

負載響應速度方面，線性穩壓器較快，能迅速應對負載變化。開關穩壓器相對較慢，但通過優化響應速度也在提升。

電路復雜性與成本方面，線性穩壓器結構簡單，外部元件少，設計調試容易，成本低，適用于對成本和空間要求高的場景。開關穩壓器電路復雜，外部元件較多，設計調試要求和成本高，在大功率、高效率需求場合優勢明顯。

電磁干擾方面，因無高頻開關動作，線性穩壓器電磁干擾小，適用于對電磁兼容性要求高的環境。開關穩壓器工作產生的高頻信號會帶來電磁干擾，需采取屏蔽和濾波措施。

本篇我們了解了低壓差穩壓器的基本定義和特性，下篇我們將分享電子系統對低壓差穩壓器的要求，以及相應的解決方案。

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