�(wěn)壓器用于提供一種不隨負(fù)載阻�、輸入電壓、溫度和�(shí)間變化而變化穩(wěn)定的電源電壓。低壓差�(wěn)壓器是使輸出電壓�(wěn)定的�(shè)備,因其能夠在電源電壓(輸入端)與負(fù)載電壓(輸出端)之間保持微小壓差而著�(chēng)�
低壓差穩(wěn)壓器的結(jié)�(gòu)主要包括啟動(dòng)電路、恒流源偏置單元、使能電路、調(diào)整元�、基�(zhǔn)源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)�(luò),保�(hù)電路�,基本工作原理是這樣的:系統(tǒng)加電,如果使能腳處于高電平時(shí),電路開(kāi)始啟�(dòng),恒流源電路給整�(gè)電路提供偏置,基�(zhǔn)源電壓快速建�,輸出隨著輸入不斷上�,當(dāng)輸出即將�(dá)到規(guī)定值時(shí),由反饋�(wǎng)�(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基�(zhǔn)電壓�,此�(shí)誤差放大器將輸出反饋電壓和基�(zhǔn)電壓之間的誤差小信號(hào)�(jìn)行放�,再�(jīng)�(diào)整管放大到輸�,從而形成負(fù)反饋,保證了輸出電壓�(wěn)定在�(guī)定值上;同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化,這�(gè)閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變�
“線性”串�(lián)�(wěn)壓器(見(jiàn)�1)通常包括一�(gè)基準(zhǔn)電壓�、一�(gè)比例輸出電壓與基�(zhǔn)電壓比較�(huán)節(jié)、一�(gè)反饋放大器和一�(gè)串聯(lián)�(diào)整管組成(雙極型晶體管或FET 管)組成,用放大器控制穩(wěn)壓器的壓降維持要求的輸出電壓�。例如,如果�(fù)載電流下�,會(huì)引起輸出電壓顯著上升,誤差電壓增�,放大器的輸出上升,�(diào)整管兩端的電壓會(huì)增加,因此輸出電壓回到其原始值�
�1 基本的增�(qiáng)型PMOS LDO
在圖1�,誤差放大器和PMOS晶體管構(gòu)成壓控電流源。輸出電壓VOUT按分壓比(R1,R2)成比例下降,并且將其與基準(zhǔn)電壓(VREF)比較。誤差放大器的輸出控制增�(qiáng)型PMOS晶體��
�(wěn)壓器的“壓差”是指輸出電壓與輸入電壓之間的壓�,如果此輸入電壓繼續(xù)減小那么該電路便不能�(wěn)壓。通常�(rèn)為當(dāng)輸出電壓下降到低于標(biāo)�(chēng)�100 mV�(shí)是達(dá)到的目標(biāo)。表征這LDO�(wěn)壓器的關(guān)鍵指�(biāo)取決于負(fù)載電流和�(diào)整管的PN�(jié)溫度�
壓差�(duì)�(wěn)壓器分為三類(lèi):標(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器、準(zhǔn)LDO和LDO �
�(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器,通常使用NPN�(diào)整管,通常輸出管的壓降大約�2V�
�(zhǔn)LDO�(wěn)壓器,通常使用�(dá)林頓�(fù)合管�(jié)�(gòu)(見(jiàn)�2)以便實(shí)�(xiàn)由一只NPN晶體管和一只PNP晶體管組成的�(diào)整管。這種�(fù)合管的壓�,VSAT (PNP)+VBE (NPN) 通常大約�1V —比LDO高但比標(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器低�
�2 �(zhǔn)LDO電路
LDO�(wěn)壓器通常根據(jù)壓差要求作選�,通常壓差�100 mV�200 mV 范圍。然而,LDO的缺�(diǎn)是其接地引腳的電流通常比準(zhǔn)LDO或標(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器��
�(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器比其它類(lèi)型穩(wěn)壓器具有較大的壓差,較大的功耗和較低的效�。大多數(shù)情況下可使用LDO�(wěn)壓器代替�(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器,但是應(yīng)該考慮到LDO�(wěn)壓器的輸入電壓指�(biāo)比標(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器�。此外,有些LDO需要精心挑選外部電容器以保持穩(wěn)定�。這三種類(lèi)型穩(wěn)壓器在帶寬和�(dòng)�(tài)�(wěn)定性考慮因素方面也有些不同�
為特定的�(yīng)用選擇合適的�(wěn)壓器,需要考慮輸入電壓的類(lèi)型和范圍(例如穩(wěn)壓器前面的DC/DC變換器或�(kāi)�(guān)電源的輸出電壓)。其它重要考慮因素是:需要的輸出電壓、負(fù)載電流、最小壓�、靜�(tài)電流和功耗。通常,穩(wěn)壓器的附加功能可能很有用,例如待�(jī)引腳或指示穩(wěn)壓失效的�(cuò)誤標(biāo)志�
為了選擇合適�(lèi)型的LDO,需要考慮輸入電壓�。在電池供電�(yīng)用中,當(dāng)電池放電�(shí),LDO必須維持所需的系�(tǒng)電壓。如果DC輸入電壓是由�(jīng)�(guò)整流的AC電源提供,那么壓差并不重�,因此標(biāo)�(zhǔn)�(wěn)壓器可能是更好的選擇,因?yàn)槠涓鼉r(jià)格較低并且可以提供較大的�(fù)載電流。但是如果需要較低功耗或較精密的輸出電壓,則 LDO是合適的選擇�
�(dāng)然,�(wěn)壓器�(yīng)該在最壞工作環(huán)境達(dá)到規(guī)定精度的條件下能�?yàn)�?fù)載提供足夠大的電��
1、LDO�(jié)�(gòu)
在圖1�,調(diào)整管是PMOS晶體管。然�,穩(wěn)壓器可能使用各種�(lèi)型的�(diào)整管,因此可以根�(jù)所使用的調(diào)整管�(lèi)型對(duì)LDO分類(lèi)。不同結(jié)�(gòu)和特性的LDO具有不同的優(yōu)�(diǎn)和缺�(diǎn)。四種類(lèi)型調(diào)整管示例如圖3所示,包括NPN雙極型晶體管、PNP雙極型晶體管、復(fù)合晶體管和PMOS晶體管�
�3 �(diào)整管示例
�(duì)于給定的電源電壓,雙極型�(diào)整管可提供的輸出電流。PNP�(yōu)于NPN,因?yàn)镻NP的基極可以與地連接,必要時(shí)使晶體管完全飽和� NPN的基極只能與盡可能高的電源電壓連接,從而使最小壓降限制到一�(gè)VBE�(jié)壓降。因�,NPN管和�(fù)合調(diào)整管不能提供小于1V的壓�。然而它�?cè)谛枰獙拵捄涂谷菪载?fù)載干擾時(shí)非常有用(因?yàn)樗鼈兙哂械洼敵鲎杩筞OUT特性)�
PMOS和PNP晶體管可以快速達(dá)到飽�,從而能使調(diào)整管電壓損耗和功耗最�,從而允許用作低壓差、低功耗穩(wěn)壓器。PMOS�(diào)整管可以提供盡可能的電壓�,大約等于RDS(ON)×IL。它允許�(dá)到的靜態(tài)電流。PMOS�(diào)整管的主要缺�(diǎn)是MOS 晶體管通常用作外部器件—特別當(dāng)控制大電流時(shí)—從而使IC�(gòu)成一�(gè)控制器,而不能構(gòu)成一�(gè)自身完整的穩(wěn)壓器�
一�(gè)完整�(wěn)壓器的總功耗是 PD = (VIN � VOUT) IL + VINIGND
上面�(guān)系式的部分是�(diào)整管的功�;第二部分是電路控制器部分的功�。有些穩(wěn)壓器的接地電�,特別是那些用飽和雙極型晶體管作�(diào)整管的穩(wěn)壓器,會(huì)在上電期間達(dá)到峰值�
2、確保LDO�(dòng)�(tài)�(wěn)定�
適合普通應(yīng)用的傳統(tǒng)LDO�(wěn)壓器�(shè)�(jì)存在�(wěn)定性問(wèn)�。這�(gè)�(wèn)題是由于反饋電路的性能、多種可能的�(fù)載、環(huán)路中元件的變化和難于獲得具有一致性參�(shù)的精密補(bǔ)�。下面將討論這些考慮因素。LDO通常使用一�(gè)反饋�(huán)路在輸出端提供一�(gè)與負(fù)載無(wú)�(guān)的恒定電壓。因?yàn)�?duì)于任何高增益反饋�(huán)路來(lái)�(shuō),環(huán)路增�?zhèn)鬟f函數(shù)中極�(diǎn)和零�(diǎn)的位置都決定其穩(wěn)定��
基于NPN管的�(wěn)壓器具有低阻抗射極負(fù)載輸出,傾向于對(duì)輸出容性負(fù)載很不敏�。然而,基于PNP管和PMOS管的�(wěn)壓器具有較大的輸出阻抗(在基于PNP 管的�(wěn)壓器中具有高阻抗集電極負(fù)載)。此�,環(huán)路增益和相位特性強(qiáng)烈依�(lài)�(fù)載阻抗,因此�(duì)于穩(wěn)定性問(wèn)題需要特別考慮�
基于PNP管的LDO和基于PMOS管的LDO的傳遞函�(shù)具有幾�(gè)影響�(wěn)定性的極點(diǎn)�
a.主極�(diǎn)(圖4中的P0)由誤差放大器決�;它是由放大器的gm通過(guò)�(nèi)部補(bǔ)償電容CCOMP一起控制和確定的。主極點(diǎn)�(duì)上述所有LDO�(jié)�(gòu)都是共同��
b.第二極點(diǎn)(P1)由輸出電抗(指輸出電容和負(fù)載電容以及負(fù)載阻抗)決定。這使得應(yīng)用問(wèn)題更難處�,因?yàn)檫@些電抗會(huì)影響�(huán)路的增益和帶��
c.第三極點(diǎn)(P2)由�(diào)整管附近的寄生電容決定。在相同條件�,PNP功率晶體管的單位增益頻率(fT)比NPN晶體管的fT低很��
�4 LDO的幅頻響�(yīng)�
如圖4所�,每�(gè)極點(diǎn)�(chǎn)生每10倍頻�20dB的增益下降并且伴�90 °的相�。因?yàn)檫@里所討論的LDO有多�(gè)極點(diǎn),所以如果單位增益頻率處的相移達(dá)到-180 °,線性穩(wěn)壓器�(huì)變得不穩(wěn)定。圖4還示出了容性負(fù)載對(duì)�(wěn)壓器的影�,其等效串聯(lián)電阻(ESR)會(huì)在傳遞函�(shù)中增加一�(gè)零點(diǎn)(ZESR�。該零點(diǎn)有助于補(bǔ)償其中一�(gè)極點(diǎn),并且如果該極點(diǎn)出現(xiàn)在單位增益頻率以下時(shí)有助于穩(wěn)定環(huán)路并且保持相�(yīng)頻點(diǎn)的相移低于-180 °�
ESR�(duì)于維持穩(wěn)定性可能是至關(guān)重要�,特別對(duì)于使用縱向PNP�(diào)整管的LDO。然而,由于電容器的寄生特�,所以ESR不總是好控制。電路可能需要ESR集中在某�(gè)窗口范圍�(nèi)以確保LDO工作在對(duì)于所有輸出電流都�(wěn)定的區(qū)域(�(jiàn)�5��
�5 �(wěn)定性隨輸出電流IOUT和負(fù)載電容的ESR變化�
雖然原則上選擇具有合適ESR的合適電容器(要求頻率響�(yīng)曲線在穿�(guò)0 dB之前下降得足夠快,并且在�(dá)到相�(guān)極點(diǎn)P2之前向低�0 dB增益方向減小得足夠滿)非常困�。實(shí)際考慮還會(huì)增加更多的困難:ESR隨著�(chǎn)品型�(hào)變化;大批量生產(chǎn)使用的最小電容值需要�(jìn)行基�(zhǔn)�(cè)�,包括最小環(huán)境溫度和�(fù)載的極端條件。電容器�(lèi)型的選擇也很重要。最合適的電容器是鉭電解電容�,盡管具有大容量的鉭電解電容器尺寸很�。多層陶瓷電容類(lèi)型無(wú)法為普通的LDO提供足夠的電容,但是它們這種�(wěn)定的低電容適合于新型LDO。鋁電解電容器的尺寸很小,但其ESR在低溫時(shí)�(huì)變差,并且在�30 °C以下�(wú)法正常工��
1、穩(wěn)壓電源運(yùn)行時(shí),請(qǐng)勿隨意拆�(kāi)�(wěn)壓電源或撥拉�(wěn)壓電源輸入輸出連線,以防觸電或其它電氣安全事故�
2、穩(wěn)壓電源輸入輸出連線一定要布置合理,防止踩踏磨破,造成漏電事故
3、穩(wěn)壓電源一定要可靠接地,因不接地線�(yùn)行而造成的觸電或人體傷害,由用戶自行�(fù)�(zé)�
4、穩(wěn)壓電源的地線不能接在暖氣管道、供水管道、燃?xì)夤艿赖裙嬖O(shè)施上,以免侵犯第三方�(quán)利或造成危害�
5、應(yīng)定期檢查�(wěn)壓電源的輸入和輸出連線,以免松�(dòng)或脫落,從而影響穩(wěn)壓電源的正常使用和用電安��
6、非人員�(qǐng)不要拆開(kāi)�(wěn)壓電源或?qū)Ψ�(wěn)壓電源�(jìn)行維��
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