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1、一種大電流LDO穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)第46卷第2期微電子學(xué)Vol.46,No.2楊燕1,趙健雄2,陳祝2（成都信息工程大學(xué)通信工程學(xué)院，成都610225）摘要：本文設(shè)計(jì)了一種最大輸出電流為3A的LDO電路。通過(guò)優(yōu)化誤差放大器，采用兩個(gè)NMOS作為調(diào)整管，具有上拉和下拉大電流負(fù)載能力。采用20uF的陶瓷電容以保證足夠快的負(fù)載瞬態(tài)效應(yīng)，在空載時(shí)僅消耗80uA的負(fù)載電流。該芯片驅(qū)動(dòng)高達(dá)3A的負(fù)載電流，極大地提高了LDO的帶載能力，并保持了良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)和較小的輸出紋波。關(guān)鍵詞：LDO；大電流；上拉和下拉中圖分類號(hào)：TN432文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADesignofLDO
2、regulatorwithalargeoutputcurrentYANYang1,ZHAOJianxiong2,CHENZhu2（SchoolofTelecommunicationEngineering,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,China）Abstract:Thispaperpresentedamaximumoutputcurrentof3ALDOcircuits.Byoptimizingtheerroramplifier,usingtwoNMOSastheadjustingtra
3、nsistorwithsinkandsourcelargeloadcurrentcapability.Using20uFceramiccapacitortoensureloadtransienteffectfastenough,only80uAloadcurrentinno-loadconsumption.Thechipiscapableofdrivingupto3Aofoutputcurrent,greatlyimprovestheLDO’sloadability.Maintainingthestabilityofthesystem,havingsmalloutp
4、utripplewithfasttransientresponse.Keywords:LDO;largecurrent;sinkandsource1引言隨著便攜式電子產(chǎn)品、電池供電設(shè)備和其它復(fù)雜部件的日益發(fā)展，高精度輸出電壓和大電流的需求越來(lái)越大[1][2][3]。當(dāng)前LDO穩(wěn)壓器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)低達(dá)200mV的低壓差，但是多數(shù)LDO穩(wěn)壓器的驅(qū)動(dòng)電流為幾十到幾百毫安，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到安培數(shù)量級(jí)鮮有報(bào)道[4][5][6]。因此，設(shè)計(jì)具有大輸出電流負(fù)載且穩(wěn)定的LDO電路成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。本文提出的LDO線性穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3A輸出電流，克服了驅(qū)動(dòng)大負(fù)載電流情況下的系統(tǒng)不穩(wěn)定和較大
5、輸出紋波問(wèn)題，改善了負(fù)載調(diào)整率和線性調(diào)整率。同時(shí)，具有上拉和下拉負(fù)載電流能力，適用于驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載穩(wěn)壓電路及負(fù)載變化范圍廣的穩(wěn)壓電路中。收稿日期:2015-03-02；定稿日期：2015-04-16基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（61201094），四川省卓越工程師培養(yǎng)項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介：楊燕（1990－），女（漢族），四川峨眉人，碩士研究生，研究方向?yàn)槟M集成電路設(shè)計(jì)與數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計(jì)。第46卷第2期微電子學(xué)Vol.46,No.22電路設(shè)計(jì)與分析2.1LDO電路原理圖1給出傳統(tǒng)的LDO電路結(jié)構(gòu)，由基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、調(diào)整管、反饋網(wǎng)絡(luò)和輸出負(fù)載構(gòu)成[7]，且不具備上拉
6、和下拉負(fù)載電流的能力。當(dāng)輸出大電流負(fù)載時(shí)，較大的PMOS調(diào)整管尺寸會(huì)引起很大的寄生電容，使誤差放大器的輸出端產(chǎn)生較低的極點(diǎn)，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖2為改進(jìn)的LDO拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。寸來(lái)分擔(dān)MP1的尺寸，從而降低MP1柵極的寄生電容。同時(shí)，從MN1的源極輸出即相當(dāng)于源隨器，降低了輸出電阻以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。改進(jìn)的LDO電路結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)NMOS作為調(diào)整管具有明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是克服了驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，并具有上拉和下拉負(fù)載電流能力。2.2誤差放大器電路誤差放大器是LDO穩(wěn)壓電路中非常重要的組成部分[8]，高增益的誤差放大器帶來(lái)高精度的輸出電壓同時(shí)提高負(fù)載調(diào)整率和線性調(diào)
7、整率。圖3為L(zhǎng)DO的誤差放大器電路。Vref圖1傳統(tǒng)的LDO電路結(jié)構(gòu)圖3誤差放大器電路圖2改進(jìn)的LDO電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)誤差放大器由兩級(jí)運(yùn)放組成，采用PMOS作為差分輸入對(duì)來(lái)降低輸入電壓范圍。由于需要驅(qū)動(dòng)0~3A大范圍的負(fù)載電流，則對(duì)誤差放大器輸出端的擺幅有一定要求。第二級(jí)采用共源共柵結(jié)構(gòu)來(lái)增大輸出擺幅同時(shí)提高誤差放大器的增益。誤差放大器的增益如下：?1??(1)Av1?gm1,2??R?4,5?gm4,6???圖2中調(diào)整管MP1的漏端連接MN1，通過(guò)電阻R兩端的壓差來(lái)導(dǎo)通MN1。當(dāng)輕載時(shí)，MN1不開(kāi)啟，只由MP1輸出小電流。當(dāng)電流增大，R兩端的壓差足夠使MN1開(kāi)啟，
