储能中的低压差线性稳压器

电子发烧友网报道（文/黄山明）在储能系统中，电池等能源存储设备输出的电压可能会因充放电状态、负载变化等因素而波动。这时就需要有LDO能够将输入电压稳定地转换为固定的输出电压，为储能系统中的控制电路、监测电路、通信电路等提供稳定的电源，确保这些电路的正常工作，防止因电压波动导致的电路故障或性能下降。
 
LDO是低压差线性稳压器（Low-Dropout Regulator）的简称。它是一种直流-直流（DC-DC）线性稳压芯片，主要功能是在输入电压变化或负载电流变化的情况下，能够输出稳定的直流电压。
 
可以把LDO想象成一个智能的“电压调整器”。输入电压就像是上游的水源，水位（电压）可能会有波动；LDO就像是一个带有自动调节阀门的水管，输出电压则是从水管末端流出的水。这个“阀门”（调整管）会根据实际情况自动调整开合程度，使得流出的水（输出电压）始终保持在一个稳定的水平。
 
在储能系统中，当系统上电后，输入电压施加到LDO的输入端，LDO开始启动工作。此时，恒流源电路为整个LDO电路提供偏置电流，使电路中的各个元件能够正常工作，基准源电压也随之快速建立。
 
若由于负载电流增大等原因导致输出电压 下降，采样电阻将检测到这一变化，并将其反馈至误差放大器的反相输入端。误差放大器将反馈电压与基准电压 进行比较，由于 输出电压下降使得反馈电压低于基准电压，误差放大器的输出电压将上升。
 
该上升的输出电压驱动调整管增加导通程度，使调整管的等效电阻减小，从而降低输入输出之间的压差，促使输出电压 上升，直至接近基准电压 ，实现稳压作用。
 
而在储能系统的运行过程中，负载电流可能会不断变化，LDO需要实时动态地调整输出电压。当负载电流发生阶跃变化时，由于调整管和电路中的电容、电感等元件存在一定的响应时间，输出电压会出现短暂的波动。但由于LDO的闭环反馈控制作用，误差放大器会迅速检测到输出电压的变化，并及时调整调整管的导通程度，以快速恢复输出电压的稳定，这个过程体现了LDO对负载变化的快速响应能力。
 
市场中的储能LDO方案
 
在储能中，LDO既能够单独使用，也可以作为储能系统与微逆变器之间的电压调节器。这需要取决于具体的应用场景与需求。
 
目前市场中的LDO技术已经相对成熟，随着半导体技术的不断进步，LDO稳压器的性能也在不断提升。现代LDO稳压器通过采用先进的制造工艺和优化的电路设计，实现了更低的压差电压和更高的转换效率。同时，为了满足不同应用场合的需求，LDO稳压器还具备宽输入电压范围、输入电压监测与保护、低功耗设计等特性。
 
比如TI推出的TPS7A4700，输入电压范围2.7V至18V，输出电压可在0.8V至5V之间调节，具有低噪声、高电源抑制比的特点，能够为对噪声敏感的电路提供稳定的电源，适用于储能系统中的控制电路、通信电路等。
 
ADI的ADP1706输入电压范围2.3V至5.5V，输出电压可在0.8V至3.6V之间调节，具备高精度的输出电压精度和良好的线性调整率，可确保为储能系统中的高精度电路提供稳定准确的电源，常用于数据采集电路、精密测量电路等。
 
国内的如矽力杰的SY8088系列，输入电压范围2.5V至5.5V，输出电压可在0.8V至3.6V之间调节，具有低功耗、高效率的特点，其内部集成了多种保护功能，如过温保护、过流保护等，可有效提高系统的稳定性和可靠性，适用于各类储能系统中的电源转换和稳压电路。
 
石芯电子的MF9006HEH201是一款集成能量管理、充放电管理等功能的微能量收集管理芯片中的LDO稳压器。该芯片内部包含两个LDO，低电压LDO输出支持最大负载电流20mA，输出电压1.2V/1.8V 可选；高电压LDO输出支持最大负载电流80mA，输出电压1.8V-4.2V可选/可调，且均可通过管脚进行开关控制，适用于一些低功耗、小型化的储能系统应用场景，如无线传感器节点等。
 
芯必达的IM6L4X20通过了AEC-Q100认证，具有较高的可靠性和稳定性，适用于汽车电子等对可靠性要求极高的储能系统。其输入电压范围、输出电压范围等具体参数根据不同的应用场景和设计要求有所不同，可满足汽车储能系统中的各种电源管理需求。
 
小结
 
在储能系统中，LDO不仅提高了系统的稳定性和效率，还增强了系统的灵活性和成本效益。随着储能技术的不断发展和应用需求的日益增长，LDO将在储能系统中发挥更加重要的作用。