LDO工作原理以及消除LDO自激

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1、稳压器的工作原理(RegulatorOperation)  所有的稳压器,都利用了相同的技术实现输出电压的稳定(图4:稳压器工作原理图)。输出电压通过连接到误差放大器(ErrorAmplifier)反相输入端(InvertingInput)的分压电阻(ResistiveDivider)采样(Sampled),误差放大器的同相输入端(Non-invertingInput)连接到一个参考电压Vref。参考电压由IC内部的带隙参考源(BandgapReference)产生。误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此,它提供负载电流以保证输出电压稳定:  Vout=Vref(

2、1+R1/R2)(4)图4  性能比较(PerformanceComparison)  NPN,LDO和准LDO在电性能参数上的最大区别是:跌落电压(DropoutVoltage)和地脚电流(GroundPinCurrent)。跌落电压前文已经论述。为了便于分析,我们定义地脚电流为Ignd(参见图4),并忽略了IC到地的小偏置电流。那么,Ignd等于负载电流IL除以导通管的增益。  NPN稳压器中,达林顿管的增益很高(HighGain),所以它只需很小的电流来驱动负载电流IL。这样它的地脚电流Ignd也会很低,一般只有几个mA。准LDO也有较好的性能,如国半(NS)的

3、LM1085能够输出3A的电流却只有10mA的地脚电流。  然而,LDO的地脚电流会比较高。在满载时,PNP管的β值一般是15~20。也就是说LDO的地脚电流一般达到负载电流的7%。  NPN稳压器的最大好处就是无条件的稳定,大多数器件不需额外的外部电容。LDO在输出端最少需要一个外部电容以减少回路带宽(LoopBandwidth)及提供一些正相位转移(PositivePhaseShift)补偿。准LDO一般也需要有输出电容,但容值要小于LDO的并且电容的ESR局限也要少些。  反馈及回路稳定性(FeedbackandLoopStability)  所有稳压器都使用反

4、馈回路(FeedbackLoop)以保持输出电压的稳定。反馈信号在通过回路后都会在增益和相位上有所改变,通过在单位增益(UnityGain,0dB)频率下的相位偏移总量来确定回路的稳定性。  波特图(BodePlots)  波特图(BodePlots)可用来确认回路的稳定性,回路的增益(LoopGain,单位:dB)是频率(Frequency)的函数(图5:典型的波特图)。回路增益及其相关内容在下节介绍。回路增益可以用网络分析仪(NetworkAnalyzer)测量。网络分析仪向反馈回路(FeedbackPath)注入低电平的正弦波(SineWave),随着直流电压(

5、DC)的不断升高,这些正弦波信号完成扫频,直到增益下降到0dB。然后测量增益的响应(GainResponse)。图5  波特图是很方便的工具,它包含判断闭环系统(Closed-loopSystem)稳定性的所有必要信息。包括下面几个关键参数:环路增益(LoopGain),相位裕度(PhaseMargin)和零点(Zeros)、极点(Poles)。回路增益(LOOPGAIN)  闭环系统(Closed-loopSystem)有个特性称为回路增益(LoopGain)。在稳压电路中,回路增益定义为反馈信号(FeedbackSignal)通过整个回路后的电压增益(Voltag

6、eGain)。为了更好的解释这个概念,LDO的结构框图(图2)作如下修改(图6:回路增益的测量方法)。图6  变压器(Transformer)用来将交流信号(ACSignal)注入(Inject)到“A”、“‘B”点间的反馈回路。借助这个变压器,用小信号正弦波(Small-signalSineWave)来“调制”(modulate)反馈信号。可以测量出A、B两点间的交流电压(ACVoltage),然后计算回路增益。回路增益定义为两点电压的比(Ratio):LoopGain=Va/Vb(5)  需要注意,从Vb点开始传输的信号,通过回路(Loop)时会出现相位偏移(Ph

7、aseShift),最终到达Va点。相位偏移(PhaseShift)的多少决定了回路的稳定程度(Stability)。  反馈(FEEDBACK)  如前所述,所有的稳压器都采用反馈(Feedback)以使输出电压稳定。输出电压是通过电阻分压器进行采样的(图6),并且该分压信号反馈到误差放大器的一个输入端,误差放大器的另一个输入端接参考电压,误差放大器将会调整输出到导通管(PassTransistor)的输出电流以保持直流电压(DCValtage)的稳定输出。  为了达到稳定的回路就必须使用负反馈(NegativeFeedback)。负反馈,有时亦称

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