线性稳压器基础介绍 (1) —— 输出电压的设定与误差分析

本文将介绍线性稳压器和低压差线性稳压器 (LDO) 的基础知识。本次我们将以 Analog Devices 公司 (以下简称ADI) 的 ADP1715 数据手册为参考，讲解典型线性稳压器和 LDO 的输出电压设置和容差。

*本文内容不仅包含数据手册，还参考了《实用电源解决方案》第一部分的前半部分。

一、CMOS 线性稳压器 ADP1715

ADP1715 是一款 COMS 线性稳压器，输入电压范围为 2.5~5.5V，输出电流为 500mA。之所以称其为 CMOS 线性稳压器，是因为其内部的功率调整管采用了 CMOS 工艺 (见图1中红色圆圈标注部分)。

采用 CMOS 工艺的主要优势在于：一方面可以显著降低压差电压 (即输入与输出之间的电压差)，另一方面能够减小流向 GND 的偏置电流 (即静态电流)，从而在低功耗应用中更具竞争力。关于这些优点的详细讨论，将在后续文章中进一步展开。

图1 ADP1715 框图

二、输出电压设置

稳压器的电压设定通常使用两个分压电阻。其他类型包括所有电阻都内置且输出电压固定的稳压器，以及仅使用一个外部电阻并使用内部寄存器进行设定的稳压器。

ADP1715 有两种版本：一种内置电阻，输出固定；另一种允许使用两个外部电阻调节输出。至于选用内置电阻还是外部电阻更合适，这个问题将在后续讲解输出电压误差时再做分析。

图2 输出固定和可调输出对比

输出电压设置方法

对于图 2 所示的可调输出型，输出电压由外部电阻 R1 和 R2 的分压比决定。

数据手册中指出：“由于 ADJ 引脚的最大偏置电流为 100nA，为将偏置电流误差控制在 0.5% 以下，R2 应使用小于 60kΩ 的值”，因此实际选型时，R2 应选择低于 60kΩ 的电阻值。

因此，需要注意的是，数据手册有时会包含关于所选电阻值的说明。即使没有此类注释，也建议选择与数据手册或应用笔记中参考电路值具有相同小数位数的电阻值。

输出电压的计算公式如下：

公式1 输出电压计算公式

该公式中的 0.8V 即为内部参考电压的值。R2 设置为 4.99KΩ，指的是评估板的数值。当输出电压 VOUT=3.3V 时，分压电阻 R1 的计算方式如下。若选择误差为 1% 的电阻时，需从 E96 系列中选取，实际可选 15.4kΩ 或 15.8kΩ 作为 R1。

公式2 电阻 R1 计算公式

三、关于输出电压误差

输出电压误差由以下因素的总和决定：

1. 分压电阻的偏差

2. 参考电压变化

3. 线性调整率

4. 负载调整率

在实际系统应用中，可以根据预期的环境温度、输入输出电压范围以及负载电流变化，对上述各项带来的偏差进行估算。得到输出电压的总精度后，就能判断该电源是否满足负载端 (如微控制器或 FPGA) 的供电要求。

1. 分压电阻的偏差

分压电阻 R1 和 R2 的实际阻值与标称值之间的偏差会直接反映在输出电压上。使用 E96 系列电阻时，误差为 ±1%。

我们计算当输出电压设定为 3.333V (R1=15.8KΩ，R2=4.99KΩ) 时，输出电压误差发生了多少。如果两个电压分压器之间的误差为 ±1%，则最大误差为 R1 为 +1%，R2为 -1%。因此，使用公式 1 计算输出电压，输出电压为 3.384V，相较设定电压 3.333V 约为 1.5%。由于电阻变化是 ±1%，有些人直觉上认为输出电压的最大误差是 2%，但实际计算时，你会发现它并不是 2%。显然，实际计算和验证非常重要。