作为一名应用工程师，我经常被问及有关稳压器空载工作的问题。大多数现代 LDO 和开关稳压器均能在空载的情况下稳定工作，那么，人们为什么还要再三询问呢？一些老式的功率器件要求具有最小的负载以保证稳定性，因为其中一个必须得到补偿的电极受有效负载电阻的影响，如“低压降稳压器（询问应用工程师—37）中所述。”例如，图 A 显示，LM1117 至少需要 1.7 mA 的负载电流（最大 5 mA）。
大多数新型器件均能在无负载的情况下工作，对于这一规则，极少有例外情况。一些设计技术使得 LDO 在使用任何输出电容（尤其是低 ESR 电容）的情况下都能保持稳定状态，它们也用于保障器件在无负载情况下的稳定性。对于少数需要负载的现代器件，这一限制一般是通过旁路元件的漏电流造成的，而不是稳定性原因造成的。那么，您如何辨别呢？请参阅数据手册。如果器件需要最小负载，数据手册必定会提供一些信息。
ADP1740 和其他低电压、高电流 LDO 都属于这一类。在最糟糕的情况下，集成电源开关产生的漏电流大约是 100 µA (85°C) 和 500 µA (125°C)。在无负载的情况下，漏电流会对输出电容充电，直到开关的 VDS 低到足以将漏电流减小至可以忽略不计的水平，同时增加空载输出电压。数据手册指出，至少需要 500 µA 的负载，因此，如果器件要在高温下工作，则建议使用仿真负载。该负载小于设备的额定值 2 A。图 B 显示了 ADP1740 数据手册中列出的最小负载电流规格。
如果数据手册中未明确指出最小负载，该怎么办？在大多数情况下，是不需要最小负载的。虽然听起来可能不太令人信服，但是，如果需要最小负载，数据手册中肯定会提供此类信息。然而，困惑往往随之而来，因为数据手册中通常使用图表来显示某个工作范围的规格。大多数这些图表采用对数形式，这使得它们可以显示数十年的负载范围，但是，对数刻度不能变为零。图 C 显示了 ADM7160 在 10 µA 到 200 mA 范围内的输出电压以及接地电流和负载电流。其他图表，例如接地电流与输入电压，显示了多个负载电流时的测量结果，但并未显示电流为零时的数据。此外，PSRR、电源电压调整率、负载调整、噪声等参数指定了某个不包括零的负载电流范围，如图 D 所示。但是，这绝不意味着需要最小负载。
用户如果使用具有省电模式 (PSM) 的开关稳压器，则往往会担心稳压器在轻负载时的工作情况，因为 PSM 会减少工作频率、跳脉、提供脉冲群或出现这些情况的某种组合。在轻负载的情况下，PSM 会减少功耗，提高效率。其缺点在于输出纹波会显著增加，但是，器件仍可保持稳定状态，并且可以在空载时轻松工作。
如图 E 中所示，当负载在 800 mA 与 1 mA 之间切换时，ADP2370 高电压、低静态电流降压稳压器因 PSM 工作产生了更多的纹波。测试是在 1 mA 时完成的这一事实并不代表 1 mA 就是最小负载。
图 F 显示了随负载电流变化的纹波电压。在该例中，图中所示的纹波电压一直降到零，表明负载可以为零，并且空载时的噪声不会比电流为 1 mA 或 10 mA 时的噪声更糟糕。
结论
大多数现代稳压器均能在零负载电流的情况下稳定地工作，若存有疑问，可参考数据手册。尽管如此，仍要注意。对数图表无法归零，且测试并非总是在零负载电流的情况下进行，因此，尽管未显示空载数据，您也不应推断出稳压器无法在空载情况下正常工作。使用开关稳压器时，在省电模式下出现纹波是正常的，并非意味着不稳定。
作者 Luca Vassalli
Luca Vassalli has been with Analog Devices for over 12 years in a variety of roles. He has been involved with the support and design of many analog systems, including optical communication, wireless systems, medical diagnostics equipment, and test equipment. Luca is currently part of the ADIsimPower™ development team and engages with customers in design, simulation, prototyping, and testing of power supplies for high-performance systems. Luca has an MSEE in Power Electronics from NC State and a BSEE from HEIG-VD (Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud) in Switzerland.