从低压差走向超低压差

　　压差VD0指的是线性稳压器的输入电压Vin与输出电压Vout的差值，即VDO=Vin—Vout。要保证线性稳压器的稳压性能需要有一个最低压差，若压差低于最低压差时，稳压器的稳压性能就不符合要求。

　　上图是一个线性稳压器的结构框图。输出电压Vout经R1、R2组成的分压器反馈到控制电路，经控制电路的调节，改变调整管的管压降，来补尝Vin的变化或负载变化所引起的输出电压变化，使输出电压基本保持稳定。这里压差VDO就是调整管的管压降VCR。

　　输出负载电流lout流经调整管，调整管的损耗PDo=VDo×lout。从式中可以看出：VDO越大，在调整管上的损耗越大；输出电流越大，调整管的损耗也越大。要提高效率，就要设法减小VDO。

　　早年的线性稳压器，如78Xx系列，其最小压差要3v，调整管损耗大，效率低，一般为500％～60％。为克服这一个缺点，各半导体器件厂开发出各种减小压差的新型线性稳压器，由于它们的压差低，故称为低压差线性稳压器。采用低导通电阻、低阀值电压的MOSFET作调整管可使压差进一步减小，称为超低压差。

　　低压差对便携式产品的意义

　　便携式电子产品采用电池供电，减少电池数是减小便携式产品体积及重量最有效的方法。减小线性稳压器的压差VDo，不仅能减少电池数，并且能提高效率，延长充电电池两次充电之间的时间间隔，延长了电池寿命。例如，某便携式电子产品的Vout=3．0V、输出电流最大值为80mA。

　　若选择vDo分别为2v、0．5v、0．1v(输出电流100mA、Vout=3．0V)的稳压器，则所需电池数不同、效率也不一样，数值如附表所示。表中：PDO为由压差造成的损耗功率，PDo=Iout×VDO；PIN为稳压器输入功率，Pin=PDo+Pout，Pout为输出功率，Pout=Iout×Vout；η为转换效率，η=Pout／(Pout+PDO)，(最高效率)。

　　从上表可以看出不同的压差时需要的电池数及η(最大值)值的差别。

　　不同调整管的结构与压差    调整管的结构不同，其压差也不同，随着采用晶体管的改变，压差逐渐下降，示意图如下图所示。

　　上图是采用两个NPN管组成达林顿结构的调整管，为满足稳压要求，需要2．5～3V的压差。

　　上图是采用PNP及NPN管组成的调整管，其压差减小到1．2-1．5V。

　　上图是一种低压差结构，采用一只PNP管作调整管，其压差进一步减小到0．3～0．6v，其最小值为该PNP管的饱和管压降，即VDO(min)，=vcE(SET)。由于大功率PNP管的饱和管压降难做到0．3v以下，这种结构最小压差的极限为0．3V左右。

　　近年来，MOSFET的导通电阻RDS(on)由欧姆级降到毫欧姆级，阀值电压也由几伏降到O．1V或0．1V以下，则采用MOSFET作调整管，可使压差降到0．1V以下(小电流输出)，这是因为最小的vDo(min)=RDs(on)×Iout。例如，当RDs(on)=0．04Ω，Iout(max)=1．5A时，其压差VDo=0．04×1．5=0．06V。另外，MOSFET是用VGS电压来驱动，无需驱动电流，故效率更高。

　　采用P沟道MOSFET作调整管在结构上是最简单的，如上图所示。但P沟道MOSFET需占较大的硅片面积；另外，其导通电阻也较N沟道大些，因此，最好是采用N沟道功率MOSFET作调整管，如下图所示。

为了保证一定的VGS，以保证足够大的ID及足够小的RDs(on)，要保证VGS≈3～5V，即VG=Vout+（3—5v)。为满足这一要求，芯片上加入3个升压电路，提高VG电压。这种升压电路采用升压式电荷泵电路为多，由于它的负载电流很小，其泵电容可做在芯片上。

　　当输出电流很大时，在结构上采用N沟道功率MOsFET与线性稳压器分开的结构。

　　应用电路实例

　　这里举一个大电流超低压差固定电压输出稳压器的实例，其型号为MSK5010，输出电流可达：10A，它有3．3、5．0及12．0V三种固定电压输出，分别用在型号后缀加33、5．0及12．0来表示。如输出3．3V的型号为MSK5010—3.3。主要特点：超低压差，输出为10A时，压差典型值为0．5V(最大值为1V ）：输出电压精度为±1．5％；．有FTL电平控制的使能端(能使电源关闭，在关闭状态时耗电仅5μA），高电平有效(≥2．4v)。

　　MSK5010的内部结构如上图所示。图中未画出ENABLE(使能控制)端及内部电路。其工作原理如下：升压式电荷泵电路由振荡器、泵电容c1、c2及控制电路组成，输出的电压经c3滤波后输入箝位电路，通过箝位电路来控制振荡器频率，使输出合适的升压电压。升压后的电压作为误差放大器的工作电压，使输出电压满足所需的驱动电压Vcs。稳压二极管D是为保护VGS过压而设。内部的R1、R2组成的分压器确定输出的固定电压。为保证输出稳定，减小纹波电压及改善输出瞬态响应，Cout采用10～20μF低等效串联电阻的电容。

　　此器件组成的稳压电源，在输出电压3．3v、输出电流1．5A时，最小压差约为0．08V。

　　另一个超低压差的实例是凌特公司的新器件LTC3026。它是一种输出电压可设定(0．4～2．5V)、输出电流可达1．5A，压差在1．5A输出时为100mV的线性稳压器。另外，它有工作电流小、有关闭控制，在关闭状态时耗电小于1μA、有短路保护、反向电流保护及过热保护的功能。

　　LTC3026的内部结构与外接元器件如上图所示。它由输出5v的升压式DC／DC换器给误差放大器供电，驱动N沟道MOsFET调整管。输出电压取决于外接分压器电阻R2、R1，其输出电压Vout=0．4v(1+R2／R1)，按图中R2、R1的值、输出电压为1．2V；输入电压为1．5V。

　　按图8中的Vin=1．5v，Vout=1-2v来计算此电路的转换效率η：η=vin／Vout=1．2V／1．5V=80％。

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