图3.1.1

图3.1.2

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2、提高电压、扩大电流的方法

1）提高输入电压

78xx稳压器的最大输入电压为35V（7824为40V），VT、R1和VD组成一个预稳压电路，使得加在78xx稳压器输入端的电压恒定在VD-0.7V，最大输入电压仅取决于VT的耐压。

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2）提高输出电压

①将稳压二极管VD1串接在LM78xx稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo得到一定的提高，稳压二极管VD1串接在LM78xx稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo得到一定的提高，输出电压Uo为78xx稳压器输出电压与稳压二极管VD1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护LM78xx稳压器输出级不被损坏。

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②由于R1、RP电阻网络的作用，使得输出电压被提高，提高的幅度取决于RP与R1的比值。调节电位器RP，即可一定范围内调节输出电压。当RP=0时，输出电压Uo等于lm78XX稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提高。

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③扩大输出电流方法

VT2为外接扩流率管，VT1为推动管，二者为达林顿连接。R1为偏置电阻。该电路最大输出电流取决于VT2的参数。

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四、LDO低压差稳压器与DC-DC转换器

1、LDO概述(以LM1117说明)

       LDO即Low Dropout Regulator，是一种低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v（比如HT7533）,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。

       低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。 LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力，输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。

       如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最后有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。

现以LM1117作具体说明：

本器件是一个低压差调节器系列，其压差在1.2V输出（负载电流800mA时1.2V），与国家半导体工业标准器件LM317有相同的管脚排列。它有可调电压的版本，通过2个外部电阻实现1.25～13.8V输出电压范围。另外还有5种固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V），其封装有TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252(D-PARK)。

图4.1.1

图4.1.2

图4.1.3

电子滤波器(原理详述 抗干扰处理)可以看作是一种低成本的分立元件LDO：

输出可调分立元件的LDO：

使用Multisim仿真，关于Multisim移步：Multisim14仿真使用汇总_liht_1634的博客-CSDN博客。

输出电压的计算与调节原理：

输出电压通过R3、R4分压后，R4的对地电压等于三极管Q2基极的对地电压。近似认为Q2的BE导通电压和D2的导通电压均为0.6V，那么R4的对地电压就固定为1.2V。

＝＞ Vout*R4/(R4＋R3)＝1.2V

＝＞ Vout＝1.2V *(1+R3/R4)，图4.1.2的计算公式

下面再来看看什么决定了R3、R4的数量级。

若输出Vout=6V，则Q1的基极电压Vq1b=6.6V，则电阻R2流过的电流为(12V-6.6V)/1K=5.4mA。

当输出电流Iout=100mA时，为方便计算假定β=100，为使Q1的CE间压降尽量小，可以使Ib1q为临界放大电流的1.5～2倍(方便计算这里取2)，得Q1的基极电流Iq1b=2Iq1c/β=2mA，则由节点电流法可知Q2的C级以及E级电流为5.4mA-2mA=3.4mA，那么Q2基极电流应该为68uA左右，则反馈电阻R3、R4流过的电流应远远大于68uA，所以1～2mA比较合适。

则R4取值为1K。若要输出6V那么通过Vout＝1.2V *(1+R3／R4)计算得知R3为4K，通过输出结果校正后当R4=1K、R3=3.65K时输出为6V，当需要调整输出端电压时通过调整R3即可。

由于流过稳压二极管或普通二极管的电流变大后，其正向电压也会变化。故不断增加负载可以其看到输出电压会出现一定的偏差。

使用运算放大器（射级跟随器）来作为参考源，使用运算放大器产生的参考电压误差会大大减小，精确的参考电压就保证了精确的输出电压。

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2、LDO主要参数​​​​​​​

1）输入电压

考虑系统提供给 LDO 输入的范围，不能超过 LDO 最大可以承受的电压，同时系统最低电压时应能保证 LDO 可以正常工作。

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2）输出电压

考虑系统提供给 LDO 输入的范围，不能超过 LDO 最大可以承受的电压，同时系统最低电压时应能保证 LDO 可以正常工作。

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3）最大输出电流

​​​​​​​考虑系统提供给 LDO 输入的范围，不能超过 LDO 最大可以承受的电压，同时系统最低电压时应能保证 LDO 可以正常工作。

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4）最小压差

它与输出电流值相关。因为 LDO 之所以能够稳压，是靠内部的主功率管与负载分压的，老式的 LDO 主功率管是三极管工艺的，最小压差大约为 1.5V，也就是说输入电压减去输出电压小于 1.5V 时，输出电压是无法维持稳压的。现在的的 LDO 一般采用 CMOS 工艺，最小压差大大降低，通常为数百毫伏，不过仍然需要注意，最小压差跟此刻输出的电流是息息相关的，因为主功率管有导通电阻，电流流过后会产生压降，最小压降与主功率管的面积是相关的，也决定了 LDO 的成本。一种有效表示最小压差的方法是，在满载时最小压差是多少，然后归一化为 XmV/mA。 ​​​​​​​

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5）输出电压精度

通常以百分比的形式给出输出电压精度，给数字芯片或者普通的模拟电路供电，3% 以内的精度足矣。做 ADC 的参考源时，需要采用1%精度。需要注意，采用固定电压输出的 LDO，其输出电压精度较为准确，而 ADJ 版本的 LDO，外部的反馈电阻会直接影响输出电压精度，高要求时需要外部的反馈电阻为 1% 甚至 0.1% 精度的。 ​​​​​​​

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6）静态电流

静态电流是指 LDO 负载不吸取电流时，也就是单从 LDO 的 GND 引脚流走的电流大小。一般小于 50uA 为低功耗 LDO，小于 5uA为超低功耗 LDO。静态电流会影响 LDO 的噪声，瞬态响应等关键参数。越低功耗的 LDO，其噪声越大，PSRR、瞬态响应越差。

早期采用三极管工艺做的 78XX 和 1117 系列 LDO，静态电流会随着输出电流的增大而明显增大，因为三极管本身属于一个流控器件。现在采用的 CMOS 工艺，主功率管是 PMOS，属于压控器件，输出电流增大并不会导致主功率管控制端电流的增大。不过 LDO 内部的许多恒流源，误差放大器带宽的切换，还有一些保护电路，会随着输入电压的高低，吸取的电流会变化，导致 LDO 的静态电流会随着输出电流或者输入电压而发生变化。​​​​​​​

上图是润石RS3236 的静态电流，可以看到随着输出电流从0mA增加到100mA过程中，静态电流在增加，此时误差放大器的带宽也在增加。

上图是润石 RS3002 的静态电流，可以看到随着输出电流从0mA增加到150mA过程中，静态电流仅轻微增加，因为RS3002 是超低功耗LDO，误差放大器的带宽不能设计的很宽。

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​​​7）电源抑制比（PSSR）

指 LDO 输入端有交流纹波干扰时，经过 LDO 后，输出端还残存多少，一般用 dB 值来表示。电源抑制比是频率的函数，也就是输入干扰频率越高，电源抑制比越低，其一般跟 LDO 内部的误差放大器的开环增益，带宽有很大关系。在高清摄像头模组、高清晰音频、微弱信号检测等应用，对电源抑制比的参数比较关注。

LDO 的 PSRR 曲线可以分为三段，低频段主要受内部基准电压源的影响，中频段主要受内部误差放大器的开环增益曲线影响，在高频段，PSRR 基本上与 LDO 内部主要的器件无关了，主要是输出滤波电容，输出端的引线电感，还有 LDO 内部的等效输出阻抗在相互作用而表现出具有某个频率点谐振的状态。输出电流越大，LDO 的 PSRR 越差。

润石RS3005 实测的PSRR 曲线-63dB@1kHz

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3、DC-DC转换器概述

如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DC-DC了，因为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。DC-DC转换器有隔离与非隔离之分。

Remark：DC-DC的开关噪声通常在MHz级别，与开关频率相关。

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4、LDO与DC-DC转换器型号

1）LDO

（1）普通LDO

5V输出：ASM1117-5V（SOT-223），ASM1117-3V（SOT-223），或ASM1117-ADJ输出可调；

3.3V输出：HT7533（SOT-89），HT7533-1（SOT-23-5）；

LM2950-xx（TO-92/SOP-8），xx=1.5V、1.8V、2.8V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V或ADJ可调；

LT3071 只有85mV压差@5A输出。

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（2）超低压差LDO

输入1.6V～5.5V LTC3409EDD，输出0.62V～5.5V，转换效率95%以上。

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2）DC-DC转换器

参见“https://blog.csdn.net/liht_1634/article/details/124081788”。

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五、TL431可控精密稳压源

1、概述

TL431是可控精密稳压源，它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Vref（约为2.495V）到36V范围内的任何值。在输出电流为1.0mA至100mA时，典型动态阻抗为0.2。该器件具有良好的开启特性，在许多应用中其工作过程相当于低温度系数(典型值50ppm/)的齐纳二极管。

实物

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2、封装

1）TL431存在不同厂家、不同管脚定义顺序的问题

（1）全新TL431管脚定义分辨（数字万用表）

测量那两只脚的阻值是无限大的，然后逆向测一下是导通的，那么这两只脚就是A及K了；

导通时的红色表针是A，黑色表针是K（原因参考本内容“3、内部结构之2）原理框图”）；

余下这只脚当然就是R了。注意：A和K之间有一只二极管，R和K之间也有一只二极管。

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（2）电路板上的分辨

A脚一定是接地的；

K及R脚大多是并联着一只103的电容器；

R脚一定有一根或多根电阻连接在地端；

K脚99.9%没电阻连至地端，却大多是连至光耦；

K及R脚连接在一起，这意味着这是连接成一只2.5V的齐纳二极管了。

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2）各种封装管脚定义

图5.2.1

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3、内部结构

1）简述

Vref是一个内部的2.5V的基准源，接在运放的反向输入端。由运放的特性可知，只有当Reference端（同向端）的电压高于Vref（2.5V）时，三极管中才会有电流通过，同相输入电压少于2.5V时,三极管处于截止状态（理想状态下），随着Reference端电压的微小变化，通过三极管的电流将从1mA到100mA变化。

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2）原理框图

图5.3.1

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3）连接方式

图5.3.2

若需要生成其它电压（比如1.5V），可使用TLV431A并调整R1与R2电阻分压得到。

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4、典型应用

１）作为稳压源或基准源

图5.4.1

Vout = （R1+R2）*2.5/R2，同时R3、R4的数值应该满足1mA <（Vcc-Vout）/R3 < 500mA。

当Vout电压上升时，取样电压UREF也随之升高，使UREF(外部参考)>Uref(内部2.5V)，内部运放输出高电平，使内部的VT导通(如图5.3.1所示)，Vout开始下降。当Vout下降时会导致UREF下降，从而UREF < Uref，内部的运放输出变成低电平，内部的VT截止使Vout上升。这样循环下去，从动态平衡的角度来看，就迫使UO趋于稳定，从而达到了稳定的目的，并且UREF = Uref。

图5.4.2

通常会加入电容C1，在其他TL431电路中也可适当加入，用于滤除噪音干扰。移步“ 用TL431做简单5V稳压电源，效果不理想”。

图5.4.3

使用收音机的中波来试验各电源的噪声还是明显的，纹波越小效果越好，当然最好的是电池！而在FM波段，对电源要求变低。也可以不使用TL431直接调整，如下图。

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２）作为比较器

图5.4.4

Vin<（R1+R2）*2.5/R2 的时候输出Vout为高电平，否则输出低电平。注意：当Vin在 （R1+R2）*2.5/R2附近以微小幅度波动的时候，电路会输出不稳定的值。Proteus仿真如下图所示，原文件移步”https://download.csdn.net/download/liht_1634/85095581“。

图5.4.5 工程实际使用电路仿真(U1输出高电平)

图5.4.6 工程实际使用电路仿真(U1输出低电平)

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3）与运放组成高精度电压基准

刚上电，运放输出端没有电流输出。此时，431尚未启动，对地表现为断路。由于电阻R7的存在，运放的正相端获得一个初始电压(理想情况下此电压应该等于VCC，因为后续电路的影响可能达不到，但肯定能使运放开始输出电流)，此电压高于反相端的电压(反相端初始因运放没有输出电流所以电压为0)，于是运放输出端开始输出电流，431两端的电压开始升高，直到431正常启动。此时，因为431的存在，运放的正相端电压恒定为2.495V。根据运放特性，运放会竭力保证反相端的电压等于正相端，由于R5和R6的分压，运放输出电压为2.495/R5 * (R5+R6) = 3.86V可以满足要求。此时这个电路达到稳态，431的工作电流为(VCC-2.495)/R7 +(3.86-2.495)/R4，因为R7阻值巨大，所以可以认为431工作电流=(3.86-2.495)/R4=0.002A即2mA，为手册上推荐的最佳值。

VCC的电压波动时。因为R7是一个阻值巨大的电阻，根据上面的计算公式，VCC每变化1V，431的工作电流变化1/R7 = 0.0000005A=0.5uA。连1微安都不到。所以除非VCC电压有成百上千V的变化，否则对431工作电流的影响都是微乎其微。431永远工作在2mA的恒定电流中，任VCC如何变化，都不会发生改变。保证其能一直输出稳定的参考电压。

其中的431也可以是别的基准源（比如LT1004之类的）甚至可以是一个简单的稳压二极管。

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5、应用注意

１）由公式Vo=2.5×（1+R1/R2），取Vo最大为36V，可以计算出的R1/R2最大比值为13.4，即R1最大是R2的13.4倍。

２）常见TO-92封装的TL431最大功耗为0.7W，TL431在电路的实际消耗为P=Vo*I，Vo为输出电压，I为通过TL431的电流。因此，TL431只有在输出不超过5V时才可输出140mA电流，输出电压为7V时，只能输出100mA电流，这是因为受功耗限制的缘故。

３）由于TL431的内部基准Vref是靠阴极电流维持，并且低于极间电压，所以注意：TL431的输出极截止后，仍必须有大于0.2mA的阴极维持电流；当输出极“饱和”后，极间电压仍至少大于2.2V。

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