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LDO的基本构架和工作原理

作者:时间:2023-05-25来源:收藏

,全称低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator),属于线性电源,应用时所需要的外接元件较少,一些型号的只需在输入端和输出端各接一个滤波电容。

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,全称低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator),属于线性电源,应用时所需要的外接元件较少,一些型号的LDO只需在输入端和输出端各接一个滤波电容。
通过电阻R1、R2对输出电压进行采样,将采集的电压与基准电压(期望输出电压值)进行比较、放大,再通过PMOS管栅极(PNP三极管基极)反馈给输入部分,通过调节晶体管的导通压降进行动态的输出稳压。
注意:① 无论晶体管是PMOS还是PNP,一定要工作在线性区(放大状态)。② 由于晶体管的导通压降很小,输入输出电压的差值可以降至很小,所以称之为低压差③ 负反馈的拓扑决定了LDO的输出电压十分稳定。 
LDO在锂电池充电器中的应用

LDO的基本构架和工作原理

如上图所示,在锂电池充电器中,随着锂电池的使用时间增加,可能使得锂电池的电压逐渐降低,而应用电路则需要一个稳定的供电电压,如2.5V,这样,只需在锂电池和应用电路之间加入一个LDO,当LDO的输入电压在工作电压变化范围内时,LDO的输出电压都是稳定的(2.5V),此时就可以通过LDO的输出电压对应用电路进行供电。LDO的应用范围很广,然后,现在的LDO仍然存在很多技术指标上的不足,例如:Dropout电压比较大,静态电流比较大,转换效率低,输出电流较小等,为了弥补这些技术指标的不足之处,LDO朝着以下几个方向发展: (1)Dropout电压越来越低;(2)静态电流越来越小;(3)输出电流越来越大;(4)输出噪声越来越低;(5)电容所需数量越来越少;(6)附加功能越来越完善;(7)封装面积越来越小; 其中输出大电流方向是LDO发展的一个重要方向,因此,本文主要研究LDO的大电流,高稳定性方向。
LDO的基本构架和工作原理
LDO是一种直流降压型的线性稳压器,其在输入电压或者负载电流发生变化的情况下仍然可以保持稳定的输出电压。
如今的LDO电路具有体积小,噪声低,功耗低,价格低廉,使用方便等特点,但其基本的结构比较简单,包含了电压基准源(VREF),误差放大器(EA),调整管(MPASS),反馈电阻(Rl,R2)四个模块,如下图所示。其中: 

LDO的基本构架和工作原理

电压基准源为误差放大器提供了高精度的基准电压,误差放大器、调整管以及反馈电阻组成了LDO的控制环路,当输入电压或者负载电流变化的时候,输出电压VoUT也要做出相应的变化,此时LDO通过它的控制环路的负反馈调节作用可以抑制输出电压Votrr的变化。
如图下所示,当输出电压降低时,通过反馈电阻R1,R2的分压作用,反馈电压VFB也相应的降低,基准电压源于误差放大器的反向输入端提供了稳定的参考电压,反馈电压VFB接误差放大器的正向输入端,误差放大器的输出电压VEA相应减小。
之后调整管MPASS的栅极电压降低,栅源电压差值增加,漏极电流增加,输出电压Votrr相应增加,抑制了输出电压Votrr的降低,从而保持在稳定的输出。
误差放大器用来比较输出反馈取样信号与基准电压,并将差值信号经放大后,输出到调整管的栅极,控制调整管的工作状态,使输出电压保持稳定。其在LDO线性稳压器中与调整管一起可被看作跨导放大器,其跨导直接影响稳压器的电压调整率和负载调整率特性。降低电压调整率和负载调整率需增大跨导,而这势必会增大电路中的偏置电流。
但是还必须满足低静态电流流过的要求:LDO稳压器的输出阻抗比较高,受负载的影响较大,容易造成系统的不稳定。通常利用输出电容的等效串联阻抗(ESR)进行频率补偿改善其稳定性。 误差放大电路通过采样电阻得到与输出电压Vout成比例的反馈电压Vfb,将Vfb与基准电压Vref进行比较,输出一误差放大信号Vdrive,从而控制调整管M1(PMOS管)栅极电位,实现对M1输出电流的调节,使Vout稳定;同时通过采用动态零点频率补偿保证了稳压器工作的稳定性。 在深度负反馈中,LDO线性稳压器的输出电压仅仅取决于控制环路的电阻比值和基准电压(VREr),而与输入电压以及负载电流等其他参数的大小无关,在一定范围的电源电压下,若要增大LDO的输出电压,则需减小反馈系数(F)或增大基准电压(VREF),这需要根据实际电路的输出电压要求来确定。



关键词: LDO

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