LDO低压差线性稳压器-知识总结.docx

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1、1.DO一 .1.DO的基本介绍1.Do是IOwdroPOUtregUIaIOr,意为低压差线性稳压器，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2v3Y以上，否则就不能正常工作。但是在一些状况下,这样的条件明显是太苛刻了，如5v转3.3v,输入及输出的压差只有l7v,明显是不满意条件的。针对这种状况,才有了1.DO类的电源转换芯片。1.Do是一种线性稳压器。线性稳压器运用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调整的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的

2、输入电压及输出电压差额的最小值。正输出电压的1.DO（低压降）稳压器通常运用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个特别低的压降电压，通常为200mV左右；及之相比，运用NPN复合电源晶体管的传统线性楞压器的压降为2V左右。负输出U）O运用WN作为它的传递设备，其运行模式及正输出1.DO的PNP设备类似。更新的发展运用MOS功率晶体管，它能够供应最低的压降电乐。运用功率MOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON电阻造成的。假如负载较小，这种方式产生的压降只有几十电伏。DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换）,只要符合这个定

3、义都可以叫DCDC转换器，包括1.D0。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DCDCo1.DO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（1.DO）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。它须要的外接元件也很少，通常只须要一两个旁路电容。新的1.DO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30V,PSRR为60dB,静态电流6A（TI的TPS78001达到Iq=O.5uA）,电压降只有100mV（TI量产了号称OJmV的1.Do）。1.DO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要缘由在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而一般的线性稳压器是运用P、P晶体管。P

4、沟道VoSFET是电压驱动的，不须要电流，所以大大降低了器件木身消耗的电流；另一方面，采纳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实力，输入和输出之间的电压降不行以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流及导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降特别低。假如输入电压和输出电压很接近，最好是选用1.Do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1.DO稳压器。虽说电池的能量最接有百分之十是没有运用，1.DO稳压器仍旧能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。假如输入电压和输出电压不是很接近，就

5、要考虑用开关型的DCDC了，因为从上面的原理可以知道，1.DO的输入电流基本上是等于输出电流的，假如压降太大，耗在1.DO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。De-DC转换器的优点是效率高、可以输出大.电流、静态电流小。随著集成度的提高，很多新型DODC转换器仅须要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源限制器的输出脓动和开关噪音较大、成本相对较高。近几年来，随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源限制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率，因而不须要外部的大功率FET。例如对于

6、3V的输入电压，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次，对于中小功率的应用，可以运用成本低小型封装。另外，假如开关频率提高到IMHz,还能够降低成本、可以运用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加很多新功能，如软启动、限流、PFM或者叫M方式选择等。总的来说，升压是肯定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是1.DO,要在成本，效率，噪声和性能上比较。二 .1.DO原理分析依据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种运用稳压管的小电源。这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管是工

7、作在开、关两种状态下的。简洁介绍下分类：NPN稳压管：内部用一个PNP管限制达林顿调整管。1.DO程压管：调整管是一个PNP管。SqUaSi-1.D0：调整管是由一个PNP管限制一个NP管1.DO(lowdropoutput)低压差线性稳压器1.DO的工作原理是通过反馈调整MOSFET的Vsd乐降以使输出电压不变。输出电压纹波小，电流也较小，用于RF模块或音频模块等对电压要求高的电路。特点是成本低噪音小。缺点是效率低，输出电流小，只能用在降压的场合。必须要留意，为了达到稳定的回路就必需运用负反馈。下面这是1.DOS-1167SerieS的基本原理图。1.PvmocOooe该电路主要是由串联调整

8、管、取样电阻、比较放大器组成。取样电压加在比较放大器的同相输入端，及加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器放大后，限制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uoui降低时，基准电压及取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压上升。相反，若输出电压UoUl超过所须要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和串联调整管回路反应速度的限制。环路内的负反馈总是强制比较放大器调整输入两端的电压使其相等。稳压管的另一个重要的指标就是稳定性，在我们的设计线路中经

9、常看到在其输出端会有大大小小的电容，其作用是什么呢？下面详细分析稳压管的反馈及回路稳定性。前面提到过三中稳压管：1.NPN稳压管SI.NPNKB例如：1.M3401.M317比较老的3端稳压管2 .1.DO稳压管ffi2.PNP1.DOfiB例如：S-1167Series3 .准U)O稳压器S3,1.DOitaa三种稳压器的最大区分在于压降和接地引脚电流。很明显NPN和准1.DO的稳压管在调整管上略微困难点，所以压降也大些。达林管的增益很高，所以只须要很小的电流就可以驱动，准1.DO也是这样，IGW)很小。PNP管的放大系数一般是15-20,1.DO的IGND电流能达到负载电流的7乐NPN稳压

10、管的最大好处就是无条件的稳定(大多数不须要加外接电容)，1.DO则须要在输出端加上电容，以削减回路带宽及供应些正的相位补偿。全部的稳压器都运用负反馈回路以保持输出电压的稔定。但反馈信号在通过回路后都有肯定的增益和相位变更。假如反馈信号相位有180度变更，负反馈就会变成正反馈，造成输出不稳定。因此反馈信号经过整个回路的相位偏移，须要有至少20度的相位裕度，这样才能保证电路的稳定。（相位裕度定义为回路总的相位偏移及T80度的差）。环路的不稳定来自于相位移量，我们可以在反馈回路中通过变压器注入正弦小信号，如下图所示,1.oopGain=VaVb,从Vb传入沟通小信号，同过回路产生相移到达Vae这样可

11、以计算回路增益，相位的偏移量。（此处以U）O分析）。EHyMg1回SIGNA1.!_/?）ERRSGNC可以通过网络分析仪来测量Iul路增益,它通过向网络I可路注入低电平的正弦波，然后从宜流信号扫描到使增益下降到OdB的频率来测量增益的响应。下面以一幅波特图详细分析反馈回路的增益及相位变更状况。FREQUENCY(Hz)O123S11OoooooOOOO086422981-7(8P)N-V9(。二MHS3s三概念：极点增益曲线出现-20dB10倍频变更的点零点在增益及相位上的效果及极点相反。极点相移=-arctan（ffp）零点相移=arctan（f/fz）假设直流增益为80dB（10100H

12、Z处的增益），100到IKHZ增益削减T20dB,10K-100KHz增益削减20dB,100K-IMHz增益削减40dB（斜率有-20dB10倍频的变更）。图中可以看出有3个PO1.E,一个ZER0。IMHZ处的增益是OdB,说明IMHZ的小信号在此截止,此回路的带宽就是IMHz0从这个波特图能看出这个系统稔定么？前面说了系统是否稳定主要看相位移量，而我们只要看在OdB时的相移就可以了（图中是1MHz）。上图中有3个极点和1个零点，前两个极点产生780度相移，零点产生90度相移，最终一个极点在40dB到OdB处，斜率为-40dB10倍频。依据极点相移公式-arctan(ffp)=-arcta

13、n(10)=T.47,换算成角度为-84.3度。所以总的相移为T80+90-84.3=174.2度。前面说到相位裕度等于I-180+174.2I=5.8t三s!COIkIOk100kIWIOkt0UChCT(Hz)国15,用ESR，点定1.DO一般的1.l）O会由负载阻抗、输出容抗等自身产生一些极点。图中有3个极点（详细由来就不做分析，可由网络分析仪扫描出），但有1个Ppwr在OdB之后的频段，也就是带宽之外，可以不考虑。从上面两幅波特图的对比看出，其次张图增益曲线，当增加了输出电容后,从80dB到OdB变得更平缓些。系统的带宽也许从40KHz增加到100KHZ左右。相位裕度也相应的增加。那么

14、系统对ESR乂有什么要求呢？比如此例中设ESR=20ohm,则零点频率会降低到FZero=800Hz,使系统的带宽增加到2MHz,从完全的波特图我们发觉在100K到2MHz之间乂多了一个极点Ppwro这就意味着系统又有了-90度的相移，零点就失去了其意义。那么ESR是不是越小越好呢？设BSR=50mohmo零点频率会降到320kHz,不用看就知道，系统地稳定性基本没变更，因为系统的带宽就是40KHz,增加的零点频率为320KHZ已经超出了带宽。综上所述，在输出端加入输出电容是为了补偿1.DO稳压器的。所以选择的电容ESR要求要严格，首先要符合系统的回路频率特性，同时也要有较好的温度特性，不能随温度变更而变更过大。频率响应也是重要的指标。这点笆电容是比较好的选择。(ESR是指在肯定温度下的某个频率下的最大阻值，厂商一般定义为25摄氏度100KHz)o三1.DO的相关参数1 .输出电压(OUtPUtVoltage)输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子