LDO线性调压器介绍

LinearVoltageRegulator介绍,StepDownMode,DT.LEE,调压器种类（降压）,工频（50/60Hz）变压器（AC-AC）,开关电源（AC-DC）,开关电源（DC-DC）,线性调压电源（DC-DC）,功能框图,调整管,参考电平,比较放大器,Vi,Vo,R1,R2,反馈电压,VoVrefX(1R2/R1)-AMS1117,1084,1085系列VoVrefX(1R1/R2)-TPS763xx系列,过流保护,过热保护,调整管种类,达林顿NPN,PNPNPN,PNP,PMOS,PMOS+NMOS,电路形式,控制电路,Vi,Vo,RO,Ib,调压器工作模式可以用NPN晶体管的电流特性曲线描述（如右图）。工作区间分为线性区和饱和导通区。正常工作时使用的是饱和导通区。,等效电路,Vo,RO,Ri,Vo,RO,Ib,Ib,在线性区，等效一个可变电阻在饱和区，等效一个受控的电流源电流源：*Ib,工作原理：正常工作区（饱和调整区间）,工作点P0对应工作输出电流为Ic2当负载变大，输出电流增加到Ic3时，P0移动到P2在P2工作点的时候，如果这个时候输入电压Vi增大，而输出电压不变，Vce就会相应增大，因此，工作点由P2移动到P2同理在P2状态下，输入电压Vi减小，工作点将由P2移动到P1如果输入电压进一步下降，会使得控制环路无法正常调整，输出电压将随输入电压下降而下降。跌落区,工作原理：跌落区（线性调整区）,输出电压跌落区可以定义为稳压器的输输入电压过低，使得内部调整电路无法正常工作输出电压随着输入电压的降低而降低。Ib1对应线性区Rj等效电阻Vce/Ic最大Ib7对应线性区Rj等效电阻Vce/Ic最小右图工作点由P1移动到P2后，输入电压进一步降低，P2开始进入跌落区进入跌落区后，输入电压进一步减小，Ib也会相应减小，工作点移动到P3输入电压再进一步减小，工作点达到Pto输出电压关闭,输入电压特性,右图是输入电压/输出电压关系坐标图（以TPS763333.3VLDO为例）2.3V以下为关断区2.3V到3.6V为跌落区3.6V到10V为正常调节区,性能参数,DropoutVoltage（最小工作压差）：调压器正常工作所必须的输入输出之间的电压差。它由调整管类型，拓扑结构决定。a）达林顿NPN：Vdropout=Vce(sat)+2*Vbe1.62.5Vb）PNPNPN：Vdropout=Vce(sat)+Vbe0.91.3Vc）PNP：Vdropout=Vce(sat)0.150.4Vd）PMOS，PMOSNMOS：Vdropout=Io*Ron35350mVb),c)和d)又称为LDO(LowDropoutVoltageRegulator)2.QuiescentCurrent（静态电流）：越小越好静态电流输入电流输出电流，IqIiIo静态电流包括偏置电流，调整管驱动电流（没有流出电压输出管脚的部分）。它由调整管类型，拓扑结构，温度决定。晶体管是电流驱动型，MOS管是电压驱动型，MOS的Iq比晶体管小。,性能参数,3.效率：越高越好效率Io*Vo/(Io+Iq)*Vi)*100压差越小，效率越高静态电流越小，效率越高,5种常用的调整管参数对比,性能参数,4.LineRegulation（线性调整率）：越小越好LineRegulation指的是在相同负载，不同输入电压时，输出端电压的稳定能力。物理公式：Vo/Vi=(1+R2/R1)/(*ga*(Ro+Rce):调整管的增益,ga:比较放大的增益*ga:环路增益，提高环路增益，负载越小，调整管内阻越小，线性调整性能越好。5.LoadRegulation（负载调整率）：越小越好LoadRegulation指的是在不同负载，相同输入电压时，输出端电压的稳定能力。物理公式：Vo/Io=(1+R2/R1)/(*ga):调整管的增益,ga:比较放大的增益*ga:环路增益，提高环路增益，可以提高负载调整率。附：Line/LoadRegulation测试方法：为了减小温度影响，保证结温恒定，测试时使用低占空比的测试信号。（60uS脉动周期，输入电压变化，输出负载变化）,性能参数,6.ThermalRegulation（热调整率）：越小越好指在加固定输入电压，带固定负载后的t（通常几十mS）时间内，查看输出电压的变化率。测试结果扣除前60uS的Load/Line调整率。如：测试输入6V，负载Io=100mA,t10mS7.TemperatureStability（温度稳定度）：越小越好指在正常工作的温度范围内，在固定输入电压，带固定负载，输出电压的变化率AMS1084：正常工作温度结温：0150度，稳定度0.5%8.TransientResponse（瞬态反应）：越小越好指在输出电流Io突变的时候，输出电压跳变的最大电压值。物理公式：Vtr,max=(Io,max*t1)/(Co+Cb)+Vesrt1:第一个脉冲宽度Co：输出滤波电容Vesr：Co的ESR产生的电压Cb：退耦电容减小滤波电容ESR，增大滤波电容，减短反应时间t1，提高瞬态反应性能,性能参数,9.RippleRejection（纹波抑制比）：越小越好又称为电源抑制比，是指输入电压发生变化时，输出电压的变化率，用dB表示。这个和前面的线性调整率有点相似。但是纹波抑制比加入了对输入电压变化的频率的定义。因此，更详细说是输入电压在不同按照不同频率变化时，输出电压的变化率。也就是说，提到纹波抑制比参数需要带频率参数。如：AP1122：在输入电压变化为120Hz时，纹波抑制比是60dB。右下图是纹波抑制比曲线图和线性调整率一样提高环路增益可以提高纹波抑制性能，另外使用大容值，低ESR滤波电容也可以提高性能。,使用注意,输出电容ESR（TunnelofDeath)：反馈：输出电压通过电阻分压采样后和内部的参考电压一起分别送入比较放大器的”-”,”+”端，比较放大器控制调整管，保证输出电压稳定。为了保证器件工作稳定通常都是采用负反馈，也就是反馈信号和输出信号在极性相差180度。而使用中由于有相位偏移存在，实际很难保证完整的180度。一个稳定的电路，需要有20度的相位余量。由频域波特图分析外部滤波电容ESR对相位影响比较大，太大，太小都会影响器件稳定性。厂商会根据器件给出输出滤波ESR的范围（如右图）ESR取值范围在0.29欧姆。此外，容值建议1000uF，容值太大容易造成上电瞬间损坏调整管。,使用注意,2.反馈电阻网络精度的影响：Vo=(R1+R2)/(R1R1)*VrefR1的精度对稳定的精度影响较大。3.热设计：a）Junctiontemperature：内部半导体温度b）Casetemperature：器件外壳温度c）Ambienttemperature:环境温度d）ThermalResistance：热阻，每1W功耗对应的温升，单位/W，温升有相对关系，比如相对于环境温度的温升。e）JunctiontoAmbientthermalResistance(ja)：结点到环境的热阻。和IC封装，材料，PCBlayout，空气对流因数相关。f）JunctiontoCasethermalResistance(jc)：结点到外壳热阻，和IC封装，材料相关。Regulator的消耗功率Pd(Vi-Vo)*Io器件的结温Pd*ja+环境温度(Vi-Vo)*Io*ja+环境温度,总结,1）稳压器正常工作时，调整管工作在饱和导通区。2）最小压差：a）达林顿NPN：Vdropout=Vce(sat)+2*Vbe1.62.5Vb）PNPNPN：Vdropout=Vce(sat)+Vbe0.91.3Vc）PNP：Vdropout=Vce(sat)0.150.4Vd）PMOS，PMOSNMOS：Vdropout=Io*Ron35350mV2）静态电流，效率：特别是手持，使用电池的设备。3）输出电压精度：a）LineRegulation（线性调整率）：越小越好b）LoadRegula