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LDO电路原理与设计(一)

已有 440 次阅读 2019-4-14 16:07 |个人分类:芯片设计|系统分类:科研笔记

本篇博文只介绍LDO的重要原理性概念,详细的误差放大器、功率管设计,相位补偿下节进行介绍。

  • 一、LDO的原理

话不多说,直接上图 :

LDO电路原理与设计(一)

LDO电路原理与设计(一)

  • 二、LDO关键性能参数

1、压降:

LDO电路原理与设计(一)

产生额定输出电压时,减小输入电压,输出电压下降到额定输出电压98%时,输入输出压差即为dropout电压,我们希望这个电压越低越好。

2、负载调整率

反映了输入固定情况下,LDO输出电压受负载电流变化的影响,定义公式如下:

LDO电路原理与设计(一)

负载调整率和负载电流范围有关,和LDO本身特性也有关,即为输出端的微分电阻:

LDO电路原理与设计(一)

LDO电路原理与设计(一)

设放大器低频增益为A,调整管跨导为gm:

LDO电路原理与设计(一)

得到:

LDO电路原理与设计(一)


根据负载电路表达式,可以看出,负载电流变大,gm变大,ro表小,微分电阻变小

放大器低频增益变大,微分电阻变大,提高了负载调整率。

3、线性调整率

反映了负载固定的情况下,输入电压对输出电压变化的影响,即

LDO电路原理与设计(一)

 LDO电路原理与设计(一)

主要的影响来自,输入电压变化,运放输出端电压变化(B),调整管电流变化,环路增益变化,导致输出电压变化。
LDO电路原理与设计(一)


       LDO电路原理与设计(一)


因此提高线性调整率的方法就是,提高放大器地频增益

4、瞬态特性

LDO的瞬态响应包括两个方面:一是大信号响应速度,二是小信号响应速度,当输出端电流发生大幅度跳变,电路首先发生的是大信号响应,输出端电压大幅度变化,运放发生转换,功率管栅极电压缓慢变化,直到电平接近静态数值,电路表现为小信号响应,最终输出电压稳定到一个固定值。
LDO电路原理与设计(一)

以下图为例,当负载电流突然变大,输出电压在t1时间段有个Vdip的压降,经过t2的时间,由大信号响应转换到小信号响应,最后t2末端恢复稳定,两种电流下输出电压有Vdiff的差异,是由于LDO有限的负载调整率导致的。

LDO电路原理与设计(一)
对于驱动数字电路的LDO,瞬态特性是个很重要的指标,因为电源电压有个噪声容限,超出门限会导致逻辑电平判断错误。LDO的瞬态特性可以从两个方面考虑,一个是负载电流发生变化时,输出电压变化量,一个是输出电压恢复到额定值所需要的时间。

对于外接大电容的LDO,由于电容存储大量电荷,充放电电流可以满足负载电流的突变,对比capless LDO,这是设计难点,有一些瞬态增强电路,这里不做解释。

5、噪声

这里先不涉及

6、电源抑制比

这里先不涉及

参考文献

低功耗无电容型低压差线性稳压器的研究与设计_金兴杰

高性能低压差线性稳压器研究与设计_王忆


 




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