低压差线性稳压器

发布时间:2024-05-27 13:22:39 作者:汉语成语

低压差线性稳压器是新一代的集成电路稳压器,它与三端稳压器的不同点在于,LDO是一个自耗很低的微型片上系统(SoC)。它可用于电流主通道控制,芯片上集成了具有极低线上导通电阻的MOSFET,肖特基二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路,并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。PG是新一代LDO,具各输出状态自检、延迟安全供电功能,也可称之为PowerGood,即“电源好或电源稳定”。

低压差线性稳压器通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比(PSRR,PowerSupplyRejectionRatio)。

原理

低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图所示,该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。

如图低压差线性稳压器基本电路

取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref相比较,两者的差值经放大器A放大后,控制串联调整管的压降,从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时,基准电压与取样电压的差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。相反,若输出电压Uout超过所需要的设定值,比较放大器输出的前驱动电流减小,从而使输出电压降低。供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。

应当说明,实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,而且串联调整管也可以采用MOSFET。

参数

1.输出电压(OutputVoltage)

输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便,而且由于输出电压是经过厂家精密调整的,所以稳压器精度很高。但是其设定的输出电压数值均为常用电压值,不可能满足所有的应用要求,但是外接元件数值的变化将影响稳定精度。

2.输出电流(MaximumOutputCurrent)

用电设备的功率不同,要求稳压器输出的电流也不相同。通常,输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本,在多只稳压器组成的供电系统中,应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。

3.输入输出电压差(DropoutVoltage)

输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下,该电压压差越低,线性稳压器的性能就越好。比如,5.0V的低压差线性稳压器,只要输入5.5V电压,就能使输出电压稳定在5.0V。

4.接地电流(GroundPinCurrent)

接地电路IGND是指串联调整管输出电流为零时,输入电源提供的稳压器工作电流。该电流有时也称为静态电流,但是采用PNP晶体管作串联调整管元件时,这种习惯叫法是不正确的。通常较理想的低压差稳压器的接地电流很小。

5.负载调整率(LoadRegulation)

负载调整率可以通过图1和以下式子1来定义,LDO的负载调整率越小,说明LDO抑制负载干扰的能力越强。

如图1OutputVoltage&OutputCurrent

6.线性调整率(LineRegulation)

线性调整率可以通过图2和以下式子2来定义,LDO的线性调整率越小,输入电压变化对输出电压影响越小,LDO的性能越好。

图2OutputVoltage&InputVoltage

7.电源抑制比(PSRR)

LDO的输入源往往许多干扰信号存在。PSRR反映了LDO对于这些干扰信号的抑制能力。

噪声排除

低压差线性稳压器的输出噪声受其内部设计和外部旁路、补偿电路的影响。图3是低压差线性稳压器的简单结构框图。由图可知,低压差线性稳压器输出噪声的主要来源是基准电路(VoltageReference)模块,其产生的基准噪声在输出端被放大。此外,影响低压差线性稳压器输出噪声的其他因素还有:低压差线性稳压器内部放大器的极点、零点和输出极点,外部输出电容的容值和输出电容的等效串联电阻(ESR)值,以及负载值。

图3低压差线性稳压器简单结构

降低输出噪声的方法

●BP端加旁路电容

为降低基准噪声,需要在基准的输出端增加一路低通滤波器,滤波器可以集成在低压差线性稳压器内部或由外部电路实现。但内置滤波器占用了较大的管芯尺寸,增加了芯片的设计和生产成本。为此,有些低噪声低压差线性稳压器芯片只是提供一个基准的引脚BP(Bypass),用于连接基准旁路电容。

连接基准旁路电容可降低基准噪声,使基准噪声成为产生低压差线性稳压器输出噪声的次要因素。建议使用典型值为470pF~0.01μF的陶瓷电容,也可使用此范围以外的电容,但会对输入电源上电时低压差线性稳压器输出电压上升的速度产生影响。旁路电容值越大,输出电压上升速率越慢。在使用时要注意这点。

图4为旁路电容对SG2001输出噪声的影响。由图可见,随着旁路电容的增大,输出噪声也会有一定程度的减少。

图4旁路电容对SG2001输出噪声的影响

●减小低压差线性稳压器的负载电流。

负载电流也会在一定程度上影响低压差线性稳压器的输出噪声。图5为负载电流对SGM2007输出噪声影响。由图可见,随着负载电流的增大,输出噪声也会有一定的增加。为了减小负载电流对低压差线性稳压器输出噪声的影响,要尽量选择输出电流大的低压差线性稳压器。

图5负载电流对低压差线性稳压器噪声的影响

●增大低压差线性稳压器的输出电容

低压差线性稳压器需要连接外部输入和输出电容器。利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。陶瓷电容器通常是,因为其价格低且故障模式是断路模式。此外,输出电容器的等效串联电阻(ESR)也会影响其稳定性。陶瓷电容器具有较低的ESR,大概为10mΩ量级。

发展

中国集成电路(IC)产业经过40余年的发展,已经形成了一个良好的产业基础,并已经进入了一个加速发展的新阶段[2]。借鉴国外先进技术,充分利用国内优惠政策,是当前国内各个IC公司发展的立足点。

作为被广泛应用于手机、DVD、数码相机以及Mp3等多种消费类电子产品中的稳压芯片,低压差线性稳压器已引起人们的高度重视。国内早期从事低压差线性稳压器生产的圣邦微电子有限公司生产的SG2001、SG2002及SG2003系列低压差线性稳压器,足以满足当前市场上主流电压、电流的需要;它的SG2004、SG2011以及SG2012系列产品,非常适合于大电流负载应用;而它的SGM2007/2006/2005系列RF低压差线性稳压器更适用于手机电源的应用。尽管是国产芯片,但这些芯片的性能丝毫不逊色于国外同类产品,而价格更适合于当前国内市场。

由此看来,国内与国外IC发展的差距将不会越来越大,每个国人都可以相信,中国不仅可以成为IC产业的新兴地区,更能成为世界IC强国。

应用

1.手机

2.无绳电话设备

3.照相机

4.蓝牙及其他射频产品

5.基准电压源