線性穩壓器是通過線性調節來實現恒定電壓輸出的電源集成芯片，與分立器件電源比，它集成度更高，輸出更穩定，同時集成了更多的診斷與保護功能。

線性穩壓器有多種類型，除了通用型線性穩壓器以外，還有后級線性穩壓器、跟隨器和電流檢測型線性穩壓器，以滿足不同的應用場景需求，廣泛使用于汽車電子設計中。

在開講前，讓我們通過一則視頻，快速了解汽車應用中的線性穩壓器性能和作用。

接下來，讓我們從線性穩壓器的原理，功能及其類型說起...

1. 為什么要使用線性穩壓器？

汽車的ECU中，單片機和系統其它器件都需要一個可靠穩定的，電壓低于電池電壓（例如3.3V或5V）的電源，該電源需在從-40°C到150°C的整個溫度范圍內工作。分立器件電源由于其電壓受負載電流（例如，電阻分頻器）或溫度（例如，齊納二極管）的影響，因此分立器件解決方案不能夠滿足汽車應用中對電源的要求。

線性穩壓器把直流輸入電壓（例如，電池電壓）轉換為較低的直流輸出電壓（例如，5V）。只要輸入電壓是大于輸出電壓的，即使輸入電壓波動，輸出電壓依然能保持穩定不變。

線性穩壓器是汽車應用中最常用的電源解決方案。

線性穩壓器框圖

2. 線性穩壓器是如何工作的？

線性穩壓器由內部參考電壓，誤差放大器，反饋電壓分壓器和功率晶體管構成。導通元件通過誤差放大器的控制，傳遞輸出電流。誤差放大器比較參考電壓和輸出反饋電壓。

如果輸出反饋電壓低于參考電壓，誤差放大器使更多電流流過功率器件，以提高了輸出電壓。

相反地，如果反饋電壓高于參考電壓，誤差放大器使流過功率晶體管的電流變小，這樣輸出電壓就下降了。

3. 導通元件類型

a) NPN線性穩壓器

NPN晶體管

傳統的線性穩壓器使用NPN雙極晶體管作為導通元件。通常，導通元件由一個PNP基極電流驅動晶體管和一個NPN功率晶體管組成，因此壓差等于VSAT(PNP) + VBE(NPN)，也就是輸入電壓和輸出電壓的最小電壓差，大約1.2V。另外，這類線性穩壓器的功能和集成保護特性受到限制，需要額外的保護電路。

b) PNP線性穩壓器

PNP晶體管

僅用一個PNP雙極晶體管作為導通元件，PNP穩壓器的壓差大約在0.5V左右。基于此特性，該類穩壓器被稱為低壓差線性穩壓器（LDO）。這樣，在電池電壓下降（例如，引擎起動）時，穩壓器仍可運行。PNP穩壓器自身具有反極性故障保護。

c) NMOS線性穩壓器

NMOS

NMOS晶體管提供低壓差和極小的靜態電流。 因為NMOS的門極需要比源極電壓高約2V的電壓來驅動旁路原件開路,需要使用一個電荷泵實現低壓差。但是，電荷泵也帶來了額外的線噪聲。

d) PMOS線性穩壓器

PMOS

PMOS線性穩壓器提供極低的壓差和極小的靜態電流。PMOS導通元件不需要使用內部電荷泵。英飛凌新型PMOS線性穩壓器引進了新的控制環路設計，使得調節環路速度更快，穩定性更高，僅需要一個1μF的輸出電容穩壓器就能穩定工作。

4.可調節輸出電壓

某些線性穩壓器的輸出電壓可以通過外部電阻分壓器調節，電阻分壓電路須連接到命名為ADJ或VA的電壓調節引腳。

應用框圖

對選定的輸出電壓，通過下面公式很容易地計算出外部電阻的值：

其中：

R2 < 50kΩ，以忽略流入ADJ/VA引腳的電流

內部參考電壓取決于具體器件。在器件數據手冊中可以找到器件的Vref 值。

如果需要的輸出電壓等于參考電壓，只要把輸出引腳Q直接連接到電壓調節引腳ADJ/VA。