目 录
概述......................................................................................................................................................................................2 线性电源..............................................................................................................................................................................2 LDO 电路的原理.............................................................................................................................................................2 举例..................................................................................................................................................................................3 LDO 的选择注意事项.....................................................................................................................................................4 输入、输出以及降低电压...............................................................................................................................................4 负载电流要求..................................................................................................................................................................4 封装与功耗......................................................................................................................................................................5 输出电容器......................................................................................................................................................................5 负载调整率......................................................................................................................................................................5 开关电源..............................................................................................................................................................................5 晶体管开关电路的设计...................................................................................................................................................5 开关电路分析..................................................................................................................................................................5 应用举例..........................................................................................................................................................................6 功率晶体管开关电源的设计...........................................................................................................................................7 MOS 管开关电源的设计.................................................................................................................................................9 电源的比较........................................................................................................................................................................10 LDO 应用于开关电源....................................................................................................................................................... 11 简化开关电源设计........................................................................................................................................................ 11 提高开关电源的负载调整率......................................................................................................................................... 11 有效滤除开关电源电磁干扰，减小纹波输出.............................................................................................................12 为开关电源提供过流保护.............................................................................................................................................12 生产厂家............................................................................................................................................................................12
概述
目前直流电源电路使用的方法有两种，即串级型（线性电源）和开关型电路。
串级型电源是一种在输入和输出间串联地接入控制期间---晶体管等构成的电路。这种方式的电源在输出电压的过程中在电源控制器件上也产生电压降，所以输出电压必然低入输入电压，电源的效率也比较低。
开关型电源是将晶体管开关电路或者FET 开关电路与电感器或电容器组合构成的电源电路，与串级型相比其优点是效率非常高，而且在确保高效率时能自由地进行降压或升压。
线性电源
LDO电路的原理
LDO 用于控制输出电压用的晶体管，在电源和负载之间是串联连接的。 我们直接从电路分析入手。如下图1：
5V
图1
这是一个简易的利用射极跟随器做出来的直流电源电路，将5.6V 的齐纳二极管与射频跟随器相组合，输出电压为5.0V ，从理论上来讲如挑选不同的齐纳二极管，就能得到任意的输出电压。 C1为了消除齐纳二极管的噪声，C2为了降低阻抗 优点：简单，电流为数十毫安。 缺点：大电流时输出电压会下降。
应当说明的是，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
射极跟随器的特点是输出阻抗低，输入阻抗高，无电压放大作用。共射极放大器，共基极放大器的特点和作用不做展开。
改进上述电路的缺点： 利用负反馈，如图2：
这样，由于负载电流的变动而产生输出电压的变化，因负反馈而得到补正，从而能保持输出电压的稳定。从而可以弥补上面电路的缺点。
C2是为了减少输出端与Q1之间的交流阻抗、稳定地加负反馈而使用。这个值不要求很大，几微法就可以了，过大就是浪费。即使没有它，电路也可以工作，但是为了保持稳定度和性能，还是必要的。 C3是为了减少在没有充分负反馈的高频范围内交流端的输出阻抗而使用的电容器。
Vnf 为基准电压=(Vz+Vbe)。可以调节R2,R3的值来调节输出电压。如果需要大的电流可以在设计跟随器部分采用达林顿结构，增大β。如图3。
Q1
举例
下面是用于GWM5020电路中的LDO ，AME8805的模块图4：
PSRR （电源抑制比）为60dB@100KHz 负载电流：600ma 。
LDO 的选择注意事项 输入、输出以及降低电压
输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即 VIN > VOUT + VDROPOUT。如果 VIN 降低至必需的电压以下，则我们说 LDO 出现" 压降" ，输出等于输入减去旁路元件 (pass element) 的 RDS(on) 乘以负载电流。
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的前提下，该电压差越低，线性稳压器的性能越好。比如，5.0V 的低压差线性稳压器，只要输入5.5V ，就能使输出电压稳定在5.0V 。
需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于" 待发状态"(cocked)，因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节很差。另外，PSRR 在压降时也会显著降低。
选用可提供预期输出电压的 LDO 作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调 LDO 可以设置输出，以提供内部参考电压，其一般为 1.2V 左右，只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。
负载电流要求
在使用LDO 时，负载的最大要求电流最好为LDO 的额定输出电流的80%以下。
额定电流为比如 150mA 的 LDO 可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范，或者咨询有关厂商。
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需要的电流值选择适当的稳压器。
封装与功耗
不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用PDISSIPATION = (VIN-VOUT)½/(IOUT + IQ) 进行计算。一般来说，封装尺寸越小，功耗越小。但是QFN 封装可以提供极佳的散热性能。 负载大的LDO 应尽可能选择大封装，这样有利于LDO 性能稳定。
输出电容器
选择对电容器稳定性方面没有要求的LDO ，可以降低尺寸与成本，另外还可以完全消除这些元件。请注
意，利用较低ESR 的大电容器一般可以全面提高PSRR 、噪声以及瞬态性能。 陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路。
负载调整率
负载调整率是众多电源设备一个非常重要的参数，它反映了电源抑制负载干扰的能力，负载调整率越低，输出负载对输出电压的影响越小，LDO 的品质就越好。
开关电源
开关型电源（开关、调整器）是将晶体管开关电路或者FET 开关电路与电感器或电容器组合构成的电源电路，效率高、能自由地升压和降压。
晶体管开关电路的设计
晶体管开关电路可以说是数字电路的基础。74LS 、74ALS 等著名的TTL IC的内部就是晶体管开关电路。但是IC 的开关并不适合于直接处理大功率。
开关电路分析
如图5，从放大电路到开关电路。晶体管开关电路条件：晶体管增益很大，工作在饱和区域。
R1为基极的限流电阻，R2为输入端开路时确保晶体管处于截止状态的电阻。过大的话容易受噪声的干扰。过小的话就不利于节流。
用途：用于开关电路可以作为逻辑电平变换。 缺点：开关速度慢—us量级。开关时间滞后。
原因：1，基区内积累有电子，由于电荷存储效应，基极电流不能突变。 2，基极限流电阻R1，也阻止基极的电流突变。
解决：1，使用加速电容C1，旁路R1。可以提高开关速度，加快输出波形的上升速度。电容值要根据晶体管以及基极电流、集电极电流值的具体情况而定。
2，利用肖特基二极管D1的开关速度快，正向电压降小的特点。可以提高导通状态到截止状态的速度。（其中有密勒效应的影响，还是会造成信号的滞后。这个问题通过渥尔曼电路可以解决） 3，减少R1的值。
4, 使用射极跟随器电路：高速，元件少。
应用举例
光耦合器的传输电路，实现LED 侧的电路和晶体管部分的电学分离。
就可以实现信号交换和地的分离等场合。如下图6：
表征光耦合器的重要特性是电流的转移比。
功率晶体管开关电源的设计
如图7，开关电源的原理
控制开关SW 有通过输出电压改变SW 的接通/断开时间的控制方式（改变开关信号的占孔比），还有接通/断开开关本身的方式（以固定的占空比停止或开始开关）。
开关电源电路一般由基准电压、振荡器、误差放大器、比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管、空载时间电路、限流和热关断保护电路，以及各种逻辑功能构成。 下图7是LM2576的方框图：
降压型开关电源是把输入的直流信号转换成方波，再经这个方波经低通滤波器平滑，又可以得到直流信号的电路。
上图中续流二极管的作用就是为了续流。
低通滤波器部分的设计，LC 滤波器的电感值因开关频率及输出电流等因素影响，其最佳值不同。开关频率愈低，输出电流愈小，愈要使用大电感。
在设计低通滤波器时要遵循一个原则，设定的低通滤波器的截止频率fc 应该比开关频率低很多。 下图8是GWM5020电路使用LM2576构成的的DC-DC 电路。
R6205K
开关频率愈低，电流愈小，电感值要愈大。
fc=1/(2*3.14(L611*（C614+C615）) ½)=3.7KHz,这个值比lm2576的开关频率52KHz 小一个数量级，可以使用。
C616的作用前面已经讲过了。C613作为续能和滤波的作用，如果能并联一个比较小的电容就更好，可以在比较宽的频率范围内滤波。在layout 时，应让这两颗电容靠近IC 的电源脚。
MOS 管开关电源的设计
下图9是 XC6367的框图，常用于升压电路。
下图10是XC6367构成的4.5V—5V的电路图
U508与Q509构成一个300KHz 的PWM 开关，外围的元件作用前面都讲过了，此处就不介绍。
通过上面XC6367的框图可以看出，PWM 波形通过误差比较放大器和驱动电路直接从IC 的第五脚输出，如何保证PWM 波形的可靠性呢，应该经过驱动电路来保证。驱动电路的原理如下图11：
功能不介绍了，大家一看就明白。不过其中场效应晶体管的选择有点讲究。 以下是场效应管的分类，从教科书里搬来的，相信大家还记得。
电源的比较
优点
缺点
LDO
瞬态特性好；纹波小，无EMI 问题；效率低；热功耗大
电路简单，外围元件最少，成本低。占用PCB 的空间小
开关电源
低负载时使用PFM 电源，高负载时使用PWM 电源效率高； 输出功率大，输出电压高
PFM 电源 EMI 特性随负载而显著变化；整个负载范围内，都出现高纹波电压
PWM 电源 低负载时效率低；电路设计最复杂
LDO 应用于开关电源
升压式DC/DC变换器的效率高但纹波及噪声电压较大，低压差线性稳压器效率低但噪声最小，这两者结合组成的双输出电源IC 可较好地解决效率及噪声的问题。例如，数字电路部分采用升压式DC/DC变换器电源而对噪声敏感的电路采用LDO 电源。这种电源IC 有MAX710/711，MAX1705/1706等。下图为示意图12，前面一级为开关电源，第二级为LDO 。
简化开关电源设计
开关电源多路输出一般通过增加高频变压器反馈端来实现，这使得开关电源在设计过程中增加了设计
者的工作量。应用LDO 作为开关电源的输出终端，可以极大地简化开关电源的设计，缩短开发周期。
提高开关电源的负载调整率
LDO 是来稳定电源电压的专用芯片，目前有很多公司设计的LDO 的负载调整率非常小。应用LDO 可以大幅度地降低开关电源负载调整率。
有效滤除开关电源电磁干扰，减小纹波输出
开关电源的突出缺点是产生较强的EMI 。EMI 信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。LDO 有较高的电源抑制比，且LDO 是低噪声器件，因此应用LDO 可以有效地滤除开关电源EMI ，减小纹波输出。
为开关电源提供过流保护
尽管许多PWM 控制芯片本身具有过流保护功能，但LDO 的过流保护功能可以提升开关电源的安全系数。
生产厂家
生产LDO 的公司很多，常见的有：ALPHA ， Linear(LT)， Micrel，National semiconductor，TI 等。 生产开关电源芯片的公司也很多，如:MAXIM，Linear(LT)， National semiconductor 等。
目 录
概述......................................................................................................................................................................................2 线性电源..............................................................................................................................................................................2 LDO 电路的原理.............................................................................................................................................................2 举例..................................................................................................................................................................................3 LDO 的选择注意事项.....................................................................................................................................................4 输入、输出以及降低电压...............................................................................................................................................4 负载电流要求..................................................................................................................................................................4 封装与功耗......................................................................................................................................................................5 输出电容器......................................................................................................................................................................5 负载调整率......................................................................................................................................................................5 开关电源..............................................................................................................................................................................5 晶体管开关电路的设计...................................................................................................................................................5 开关电路分析..................................................................................................................................................................5 应用举例..........................................................................................................................................................................6 功率晶体管开关电源的设计...........................................................................................................................................7 MOS 管开关电源的设计.................................................................................................................................................9 电源的比较........................................................................................................................................................................10 LDO 应用于开关电源....................................................................................................................................................... 11 简化开关电源设计........................................................................................................................................................ 11 提高开关电源的负载调整率......................................................................................................................................... 11 有效滤除开关电源电磁干扰，减小纹波输出.............................................................................................................12 为开关电源提供过流保护.............................................................................................................................................12 生产厂家............................................................................................................................................................................12
概述
目前直流电源电路使用的方法有两种，即串级型（线性电源）和开关型电路。
串级型电源是一种在输入和输出间串联地接入控制期间---晶体管等构成的电路。这种方式的电源在输出电压的过程中在电源控制器件上也产生电压降，所以输出电压必然低入输入电压，电源的效率也比较低。
开关型电源是将晶体管开关电路或者FET 开关电路与电感器或电容器组合构成的电源电路，与串级型相比其优点是效率非常高，而且在确保高效率时能自由地进行降压或升压。
线性电源
LDO电路的原理
LDO 用于控制输出电压用的晶体管，在电源和负载之间是串联连接的。 我们直接从电路分析入手。如下图1：
5V
图1
这是一个简易的利用射极跟随器做出来的直流电源电路，将5.6V 的齐纳二极管与射频跟随器相组合，输出电压为5.0V ，从理论上来讲如挑选不同的齐纳二极管，就能得到任意的输出电压。 C1为了消除齐纳二极管的噪声，C2为了降低阻抗 优点：简单，电流为数十毫安。 缺点：大电流时输出电压会下降。
应当说明的是，实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能，比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等，而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
射极跟随器的特点是输出阻抗低，输入阻抗高，无电压放大作用。共射极放大器，共基极放大器的特点和作用不做展开。
改进上述电路的缺点： 利用负反馈，如图2：
这样，由于负载电流的变动而产生输出电压的变化，因负反馈而得到补正，从而能保持输出电压的稳定。从而可以弥补上面电路的缺点。
C2是为了减少输出端与Q1之间的交流阻抗、稳定地加负反馈而使用。这个值不要求很大，几微法就可以了，过大就是浪费。即使没有它，电路也可以工作，但是为了保持稳定度和性能，还是必要的。 C3是为了减少在没有充分负反馈的高频范围内交流端的输出阻抗而使用的电容器。
Vnf 为基准电压=(Vz+Vbe)。可以调节R2,R3的值来调节输出电压。如果需要大的电流可以在设计跟随器部分采用达林顿结构，增大β。如图3。
Q1
举例
下面是用于GWM5020电路中的LDO ，AME8805的模块图4：
PSRR （电源抑制比）为60dB@100KHz 负载电流：600ma 。
LDO 的选择注意事项 输入、输出以及降低电压
输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即 VIN > VOUT + VDROPOUT。如果 VIN 降低至必需的电压以下，则我们说 LDO 出现" 压降" ，输出等于输入减去旁路元件 (pass element) 的 RDS(on) 乘以负载电流。
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的前提下，该电压差越低，线性稳压器的性能越好。比如，5.0V 的低压差线性稳压器，只要输入5.5V ，就能使输出电压稳定在5.0V 。
需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于" 待发状态"(cocked)，因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节很差。另外，PSRR 在压降时也会显著降低。
选用可提供预期输出电压的 LDO 作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调 LDO 可以设置输出，以提供内部参考电压，其一般为 1.2V 左右，只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。
负载电流要求
在使用LDO 时，负载的最大要求电流最好为LDO 的额定输出电流的80%以下。
额定电流为比如 150mA 的 LDO 可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范，或者咨询有关厂商。
用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需要的电流值选择适当的稳压器。
封装与功耗
不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用PDISSIPATION = (VIN-VOUT)½/(IOUT + IQ) 进行计算。一般来说，封装尺寸越小，功耗越小。但是QFN 封装可以提供极佳的散热性能。 负载大的LDO 应尽可能选择大封装，这样有利于LDO 性能稳定。
输出电容器
选择对电容器稳定性方面没有要求的LDO ，可以降低尺寸与成本，另外还可以完全消除这些元件。请注
意，利用较低ESR 的大电容器一般可以全面提高PSRR 、噪声以及瞬态性能。 陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路。
负载调整率
负载调整率是众多电源设备一个非常重要的参数，它反映了电源抑制负载干扰的能力，负载调整率越低，输出负载对输出电压的影响越小，LDO 的品质就越好。
开关电源
开关型电源（开关、调整器）是将晶体管开关电路或者FET 开关电路与电感器或电容器组合构成的电源电路，效率高、能自由地升压和降压。
晶体管开关电路的设计
晶体管开关电路可以说是数字电路的基础。74LS 、74ALS 等著名的TTL IC的内部就是晶体管开关电路。但是IC 的开关并不适合于直接处理大功率。
开关电路分析
如图5，从放大电路到开关电路。晶体管开关电路条件：晶体管增益很大，工作在饱和区域。
R1为基极的限流电阻，R2为输入端开路时确保晶体管处于截止状态的电阻。过大的话容易受噪声的干扰。过小的话就不利于节流。
用途：用于开关电路可以作为逻辑电平变换。 缺点：开关速度慢—us量级。开关时间滞后。
原因：1，基区内积累有电子，由于电荷存储效应，基极电流不能突变。 2，基极限流电阻R1，也阻止基极的电流突变。
解决：1，使用加速电容C1，旁路R1。可以提高开关速度，加快输出波形的上升速度。电容值要根据晶体管以及基极电流、集电极电流值的具体情况而定。
2，利用肖特基二极管D1的开关速度快，正向电压降小的特点。可以提高导通状态到截止状态的速度。（其中有密勒效应的影响，还是会造成信号的滞后。这个问题通过渥尔曼电路可以解决） 3，减少R1的值。
4, 使用射极跟随器电路：高速，元件少。
应用举例
光耦合器的传输电路，实现LED 侧的电路和晶体管部分的电学分离。
就可以实现信号交换和地的分离等场合。如下图6：
表征光耦合器的重要特性是电流的转移比。
功率晶体管开关电源的设计
如图7，开关电源的原理
控制开关SW 有通过输出电压改变SW 的接通/断开时间的控制方式（改变开关信号的占孔比），还有接通/断开开关本身的方式（以固定的占空比停止或开始开关）。
开关电源电路一般由基准电压、振荡器、误差放大器、比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管、空载时间电路、限流和热关断保护电路，以及各种逻辑功能构成。 下图7是LM2576的方框图：
降压型开关电源是把输入的直流信号转换成方波，再经这个方波经低通滤波器平滑，又可以得到直流信号的电路。
上图中续流二极管的作用就是为了续流。
低通滤波器部分的设计，LC 滤波器的电感值因开关频率及输出电流等因素影响，其最佳值不同。开关频率愈低，输出电流愈小，愈要使用大电感。
在设计低通滤波器时要遵循一个原则，设定的低通滤波器的截止频率fc 应该比开关频率低很多。 下图8是GWM5020电路使用LM2576构成的的DC-DC 电路。
R6205K
开关频率愈低，电流愈小，电感值要愈大。
fc=1/(2*3.14(L611*（C614+C615）) ½)=3.7KHz,这个值比lm2576的开关频率52KHz 小一个数量级，可以使用。
C616的作用前面已经讲过了。C613作为续能和滤波的作用，如果能并联一个比较小的电容就更好，可以在比较宽的频率范围内滤波。在layout 时，应让这两颗电容靠近IC 的电源脚。
MOS 管开关电源的设计
下图9是 XC6367的框图，常用于升压电路。
下图10是XC6367构成的4.5V—5V的电路图
U508与Q509构成一个300KHz 的PWM 开关，外围的元件作用前面都讲过了，此处就不介绍。
通过上面XC6367的框图可以看出，PWM 波形通过误差比较放大器和驱动电路直接从IC 的第五脚输出，如何保证PWM 波形的可靠性呢，应该经过驱动电路来保证。驱动电路的原理如下图11：
功能不介绍了，大家一看就明白。不过其中场效应晶体管的选择有点讲究。 以下是场效应管的分类，从教科书里搬来的，相信大家还记得。
电源的比较
优点
缺点
LDO
瞬态特性好；纹波小，无EMI 问题；效率低；热功耗大
电路简单，外围元件最少，成本低。占用PCB 的空间小
开关电源
低负载时使用PFM 电源，高负载时使用PWM 电源效率高； 输出功率大，输出电压高
PFM 电源 EMI 特性随负载而显著变化；整个负载范围内，都出现高纹波电压
PWM 电源 低负载时效率低；电路设计最复杂
LDO 应用于开关电源
升压式DC/DC变换器的效率高但纹波及噪声电压较大，低压差线性稳压器效率低但噪声最小，这两者结合组成的双输出电源IC 可较好地解决效率及噪声的问题。例如，数字电路部分采用升压式DC/DC变换器电源而对噪声敏感的电路采用LDO 电源。这种电源IC 有MAX710/711，MAX1705/1706等。下图为示意图12，前面一级为开关电源，第二级为LDO 。
简化开关电源设计
开关电源多路输出一般通过增加高频变压器反馈端来实现，这使得开关电源在设计过程中增加了设计
者的工作量。应用LDO 作为开关电源的输出终端，可以极大地简化开关电源的设计，缩短开发周期。
提高开关电源的负载调整率
LDO 是来稳定电源电压的专用芯片，目前有很多公司设计的LDO 的负载调整率非常小。应用LDO 可以大幅度地降低开关电源负载调整率。
有效滤除开关电源电磁干扰，减小纹波输出
开关电源的突出缺点是产生较强的EMI 。EMI 信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。LDO 有较高的电源抑制比，且LDO 是低噪声器件，因此应用LDO 可以有效地滤除开关电源EMI ，减小纹波输出。
为开关电源提供过流保护
尽管许多PWM 控制芯片本身具有过流保护功能，但LDO 的过流保护功能可以提升开关电源的安全系数。
生产厂家
生产LDO 的公司很多，常见的有：ALPHA ， Linear(LT)， Micrel，National semiconductor，TI 等。 生产开关电源芯片的公司也很多，如:MAXIM，Linear(LT)， National semiconductor 等。