LDO稳压器(Low Drop Out Regulator)

在本教程中,我们将了解任何硬件/系统设计人员的一个重要概念:低辍亚博彩票下载学调节器或LDO。我们将看到什么是LDO,了解如何一个低压降稳压器的工作,LDO的重要特性和一些参数。

介绍

现代电子设备的尺寸越来越小。但电池效率数据正在发生巨大变化,这是推动电源管理系统极限的一个因素。

半导体制造业的技术发展导致了SoC或片上系统架构,其中模拟、数字和射频子系统集成到单个硅晶片中。这意味着系统的不同模块有不同的供电要求。

电源管理系统(PMIC)由开关稳压器、DC-DC变换器、线性稳压器和LDO等电源电路组成。在本教程中,我们将集中讨论ldo。

稳压器类型

什么是LDO?

一个低降电压调节器或简单的一个LDO调节器是电源管理系统的一个重要部分,特别是在电池操作的设备。ldo可以提供多个电压水平,具有恒定和稳定的输出。LDO的输出电压与负载阻抗、输入电压(电池放电)和温度的变化无关。

LDO稳压器或low -dropout稳压器是一种线性稳压器,它可以在输入和输出之间非常低的电位差下工作。例如,一个典型的锂离子电池在完全充电时的电压范围为4.2 V,在完全放电时为2.7 V。即使当电池电压低于3v,一个LDO仍然可以保持所需的2.5 V输出。

关于线性稳压器的简要说明

你可能在你的电路设计中见过/使用过几个线性稳压器ic。如果你是一个初学者或爱好者在电子,那么你应该遇到著名的78XX系列的电压调节器亚博最新官网网址,如7805或7812,例如。这些是线性稳压器的例子。

线性稳压器是一种具有可变输入电压和稳定、连续控制、低噪声直流输出电压的装置或电路。稳压器的恒定输出电压是由于其内阻相对于负载电阻的变化不断调整的结果。

线性电压调整器

这个简单的稳压调节器的输出电压如下式所示:

线性稳压器输出电压

如果没有任何负载,即R负载=∞时,输出电压最大,与电压调节器处的输入电压相等。在负载存在的情况下,输出电压将小于可能的最大值。最大输出电压与负载时的输出电压之差称为输出电压误差,用E表示签证官

这种误差通常表示为最大输出电压与负载下输出电压的百分比差。

线性稳压器误差

根据输入电阻和负载电阻,误差百分比为:

线性稳压器误差电阻

我们需要最小化这个错误,为了做到这一点,我们需要引入反馈。反馈电路将感知负载发生的变化,并调整可变的内阻,使内阻与负载电阻的比率保持不变。

线性调压器反馈

由上述假设可知,内阻与负载电阻呈“线性”关系。

理解低辍学调节器

我们可以将线性电压稳压器分为两类:标准或基本电压稳压器和低降稳压器。两者之间的主要区别是跌落电压的数量和通过元件的类型。

跌落电压,也称为空气净空量,是整个调整器适当调节的最小电压。输出电压等于输入电压与通过元件的电压降之差。

在标准线性稳压器的情况下,通过元件是一个达林顿对或NPN或PNP。在现代设计中,它们已经被mosfet所取代。

对于低Dropout稳压器来说,通过元件的电压降通常非常小,稳压器可以适当调节输入电压。

下图显示了一个低压降电压调节器的典型布局。它由一个通单元、一个误差放大器和一个电阻反馈网络组成。

低漏出调节器框图

电阻反馈网络,包括一个分压器,将提供一个比例输出电压等于参考电压。误差放大器不断地比较参考电压和反馈电压(由分压器提供)。

然后放大差异,输出将驱动通元件(MOSFET),以保持输出电压在期望的水平。

LDO调节器元件

让我们不要更仔细地看一看一个低退出监管的所有要素。

参考电压

它是任何调节器的起点,因为它设置了误差放大器的工作点。通常,使用带隙型电压基准,因为它允许在低电源电压下工作。

误差放大器

误差放大器设计的主要要求是尽可能地取最小电流。放大器的输出电阻必须尽可能低,因为通过晶体管的门电容将会很大。

由分压器网络缩小的输出电压是误差放大器的一个输入,而另一个输入是参考电压。经过比较,误差放大器然后调整通过元件的电阻。

反馈

电阻分压器反馈负责降低输出电压,并允许误差放大器将其与参考电压进行比较。

通过元素

LDO中的通单元负责将电流从输入端传递到负载,并由反馈回路中的误差放大器驱动。mosfet (PMOS和NMOS)通常用作过流元件。

下图显示了带有PMOS pass元素的典型LDO布局。

低漏出调节器框图

VGS的PMOS pass元素绑定到Vdd.PMOS晶体管所需的保持饱和状态和适当调节的最小电压由漏源极电压V给出ds.PMOS通元件不适用于非常低电压的应用。

基于LDO的NMOS Pass Element如下图所示。NMOS的优点是,它是在源跟随配置和稳压器的输出在晶体管的来源。

低dropout Regulator NMOS

使用NMOS晶体管的电路通常是大的和复杂的,但它可以实现低输入,输出和跌落电压。

输出电容器

输出电容是LDO稳压器的一个重要组成部分,因为它确保在负载瞬变过程中电流立即被传送到负载,直到错误放大器准备好。

ESR或电容器的等效串联电阻是非常重要的,因为它限制了电流从电容器流向负载。因此,对于一个ESR在10mΩ到300mΩ范围内的1µF电容,可能的电容类型为:

  • 陶瓷电容器
  • 聚合物电解电容器
  • Low-ESR钽电容器

LDO参数

现在,让我们看看一些重要的稳态和瞬态参数的低压稳压器。

压差

稳压器的输入和输出电压之间的差称为稳压器的跌落电压。如果输入电压接近输出电压,调节器停止调整。

静态电流

输入电流和输出电流之间的差异称为静止电流或地电流。在低功率系统中,低静止电流将导致最大效率。

低降阻调节器静态电流

效率

LDO调节器的效率取决于静态电流和输入输出电压。效率由:

低掉出调节器效率

通过减小跌落电压和静态电流,可以提高LDO的效率。

瞬态响应

它是负载电流阶跃或输入电压阶跃时输出电压变化的最大值。暂态响应是输出电容及其等效串联电阻的函数。

行监管

线路调节是指调节器在不同的输入电压下维持所需输出电压的能力。

负载调整率

如果负载电流的需求增加,那么输出电容负责提供电流。结果,输出电压发生变化,反馈网络感知到这一点。

为了补偿这一点,误差放大器通过更多的电流流过通型晶体管。负载调节是指在负载电流变化的情况下,稳压器保持所需输出电压的能力。

一个回应

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