大電流線性電源(LDO)原理的超詳細(xì)解讀
發(fā)布時(shí)間:2021-07-20 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】LDO的基本原理與介紹可以告一段落了,而其內(nèi)部實(shí)際工作情況是非常復(fù)雜的,本文只起引導(dǎo)作用,希望能引起大家的共鳴或排解一些疑惑。
NMOS LDO工作簡(jiǎn)介
下圖是一個(gè)NMOS LDO的基本框圖,NMOS LDO一般也工作在飽和區(qū)(特殊時(shí)會(huì)在可變電阻區(qū)),所以Vg要大于Vs,因此NMOS LDO除了有Vin引腳,一般還會(huì)有個(gè)Vbias引腳來(lái)給MOS G極提供高壓驅(qū)動(dòng)源;或者只有一個(gè)Vin,而內(nèi)部集成了CHARGE BUMP來(lái)為G極提供高壓驅(qū)動(dòng)源。大體工作流程同PMOS LDO:當(dāng)Vout下降時(shí),反饋回路中的Vfb也會(huì)下降,誤差放大器輸出端Vg就會(huì)增加,隨著Vg增加,Ids電流也增加, 終使得Vout又恢復(fù)到原始電平,狀態(tài)如下:
Vout↓-->Vfb↓-->Vg↑--Iout↑-->Vout↑
2. NMOS LDO詳細(xì)工作原理
下圖是某NMOS輸出特性曲線,讓我們結(jié)合上圖和下圖分析,當(dāng)Vout下降,Vin不變,則Vds=Vin-Vout,Vds增加,MOS工作點(diǎn)由A轉(zhuǎn)移到B;緊接著反饋回路開始工作,Vfb電壓減小,經(jīng)過(guò)誤差放大器后,Vg增加,那么Vgs=Vg-Vs,Vgs也增加,從下圖可以看到,隨著Vgs增加,MOS的電流Id逐漸上升,進(jìn)而使得Vout逐漸升高,MOS工作點(diǎn)由B轉(zhuǎn)移到C,LDO又回到原始工作電平。
3. NMOS LDO仿真結(jié)果
下圖是簡(jiǎn)單的5V轉(zhuǎn)3.0V的NMOS LDO仿真圖以及仿真波形結(jié)果,橙色曲線是電壓,綠色曲線是電流,隨著負(fù)載端滑動(dòng)變阻器R4的變化,負(fù)載電流也在變,而輸出電壓基本穩(wěn)定在3.0V。
4. LDO 輸出電容你知道多少?
考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性,LDO的輸出電容原則上是要加的,但是如果對(duì)于成本有 的考慮,在滿足一定要求時(shí),這個(gè)電容其實(shí)是可以刪除的。
5. Dropout voltage
上文分析了PMOS LDO工作在恒流區(qū)(飽和區(qū)),DS之間有一定的壓差,此壓差常稱為dropout voltage(Vdo),所以LDO若想穩(wěn)定工作在飽和區(qū),輸入輸出之間滿足一定的壓差,應(yīng)用中通常可以考慮在spec中預(yù)留25%的余量。比如下圖中在Iout=150mA時(shí),不同Vout對(duì)應(yīng)的Vdo也不同。
大電流線性電源(LDO)原理的超詳細(xì)解讀
6. 效率
效率此處不過(guò)多討論,LDO自身消耗的功率約等于壓差*電流,因此相同負(fù)載電流下,壓差越大,LDO功耗越高,所以壓差稍微低一些,有利于提高效率。
7. PSRR
LDO重要參數(shù)之一也是巨大優(yōu)點(diǎn)之一便是紋波小,即PSRR好,PSRR是電源抑制比,是LDO對(duì)輸入電源紋波的抑制程度,PSRR的 值越大越好??碢SRR曲線有個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),左邊為L(zhǎng)DO自身起主導(dǎo)作用,右邊為輸出電容起主導(dǎo)作用,PSRR性能好的LDO左邊的曲線會(huì)更高,加大輸出電容,右邊的曲線會(huì)升高。
LDO的基本原理與介紹可以告一段落了,而其內(nèi)部實(shí)際工作情況是非常復(fù)雜的,本文只起引導(dǎo)作用,希望能引起大家的共鳴或排解一些疑惑,歡迎關(guān)注我的公眾號(hào):硬件工程師看海。里面會(huì)定期更新鮮的內(nèi)容。
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