線性穩(wěn)壓器LDO的原理和應用.pdf

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1、應用專題lAPPLICATIONS線性穩(wěn)壓器LDO的原理和應用■孫樂義[摘要】低電壓、低壓差(LowVoltage，LowDropout)線性穩(wěn)壓器(LDO)具有結(jié)構(gòu)簡單、低噪聲、低功耗以小封裝和較少的外圍應用器件等突出優(yōu)點，在便攜式電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。本文介紹了LDO的基本原理、基本參數(shù)、應用電路、應用條件、溫升及電容器的選擇問題。另外介紹了應用波特圖對LDO做穩(wěn)定性的分析，PCB的設(shè)計，最后介紹了LDO的選用原則?！娟P(guān)鍵詞】線性穩(wěn)壓器功耗計算穩(wěn)定性【中圖分類號】TN355[文獻標識碼】A[文章編號】1674-2583(2014)06

2、-0034-041引言DC／DC變換器已廣泛應用于各種移動電子系統(tǒng)中，如移動通信終端、便攜式電腦、PDA等。低電壓、低壓差(LowDropout)線性穩(wěn)壓器LDO在功能上屬于DC／DC變換器中的降壓變壓器，具有結(jié)構(gòu)簡單、低噪聲、低功耗以小封裝和較少的外圍應用器件等突出優(yōu)點，在便攜式電子產(chǎn)品中得到廣泛的應圖1LDO的基本電路(PNP管)用。時，由反饋網(wǎng)絡得到的輸出反饋電壓也接近于基準2線性穩(wěn)壓器I．D0原理電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電2．1線性穩(wěn)壓器LD0概述壓之間的誤差小信號進行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到LDO(LowDropout

3、)線性穩(wěn)壓器，比傳統(tǒng)的穩(wěn)輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)壓器有更高的電源轉(zhuǎn)換效率，而比開關(guān)式穩(wěn)壓器有定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，更簡單的結(jié)構(gòu)、更低的成本和更低的噪聲特性，因這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：此它在便攜式電子產(chǎn)品中越來越受歡迎。LDO線性穩(wěn)Vout：(RI+R2)／R2×Vref壓器和開關(guān)式穩(wěn)壓器成為當今便攜式電子產(chǎn)品中最實際的LDO還具有如負載短路保護、過壓關(guān)斷、常用的兩類電源管理電路。過熱關(guān)斷、反接保護等其它的功能。LDO有Bipofar(雙極性)~HCMOS(單極性)兩種。在LDO(圖1)中，

4、導通管是一個PNP管。LDO的一般而言，雙極性芯片可以工作在較高的工作電壓最大優(yōu)勢就是PNP管只會帶來很小的導通壓降，滿載下，并且有較高的跨導，容易設(shè)計。而CMOS的最佳(Ful卜load)的跌落電壓的典型值小于500mY，輕特性是它的輸入端僅需要極小的偏流。載(Light—load)時的壓降僅有l(wèi)O~20mV。LDO的結(jié)構(gòu)主要包括啟動電路、恒流源偏置單LDO的壓差為：Vdrop=Vsat(LDO穩(wěn)壓器)元、使能電路、調(diào)整元件、基準源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡和保護電路等。2．2LDO原理LDO的基本電路由串聯(lián)調(diào)整VT、取樣電阻Rl和R2、比較

5、放大器A組成。其基本工作原理：上電，使能腳處于高電平，電路啟動，恒流源電路提供偏置，基準源電壓快速圖2LDO的基本電路(FET管)建立，輸出隨著輸入上升，當輸出即將達到規(guī)定值34}集成電路應用2014年6,EJAPPLICATIONSl應用專題LDO可以使用P—FET(P溝道場效應管)作為導通管(圖2)。在PNPLDO中要驅(qū)動PNP功率管就需要基極電流?；鶚O電流由地腳(Groundpin)流出并反饋回反相輸入電壓端。這些基極驅(qū)動電流并未用來驅(qū)動負載。它在LDOa)CAT6289Emb)cAT6289典型應用電路圈中耗損的功耗由下式計算：P(Ba

6、seDrive)=VilI×Ibase圖3固定版的LDO典型應用電路需要驅(qū)動PNP管的基極電流等于負載電流除以B值(PNP管的增益)。~tiPNPLDO中B值一般為15～20(與負載電流相關(guān))。此基極驅(qū)動電流產(chǎn)生的功耗不是我們期望的(尤其是在電池供電的低功耗應用中)。使用場效益管(FET)作為導通管LDO的優(yōu)點：1)P溝道場效應管(P-FET)的柵極驅(qū)動電流極小，圖4可調(diào)版的LD0典型應用電路2)通過調(diào)整場效應管(FET)的導通阻抗(ON—resistance)可以使穩(wěn)壓器的跌落電壓更低。3LD0的應用條件分析對于集成的穩(wěn)壓器而’，在單位面積上

7、制造的LD0在工作時，要考慮一個IC自身功耗的問場效應功率管(FETpowertransistors)的導通阻題?？箷入p極型開關(guān)管(BipoJarONPDevices)的導LDO的實際功耗PD主要是輸入電壓，輸出電壓通阻抗低。這就可以在更小封裝(Packages)下輸以及輸出電流的函數(shù)。出更大的電流。下式可計算Ic在最惡劣情況下的實際功耗：2．3LDO的基本參數(shù)PD=(Vinmax—Voutmin)ILmax(1)(1)輸入輸出電壓差(DropoutVoltage)PD：最惡劣情況下的實際功耗；Vinmax：Vin輸入輸出電壓差是LDO最重要

8、的參數(shù)。它反映了腳上的最大電壓；LDO的性能的優(yōu)劣。V0utmin：穩(wěn)壓器輸出的最小電壓；IL(2)接地電流(GroundPinCurrent)max