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产品类别:SBW大功率补偿式稳压器

产品名称:极点跟随的LDO稳压器频率补偿方法赌博平台网址

产品详情

  便携电子筑立无论是由蓄电池组,仍是换取市电原委整流后(或换取适配器)供电,事业流程中,赌博平台网址电源电压都存正在蜕变。比方单体锂离子电池充塞电时的电压为4.2 V,放电后的电压为2.3 V,蜕变范畴很大。而各式整流器的输出电压不只受市电电压蜕变的影响,还受负载蜕变的影响。因此近年来,低压差线性(LowDropout Linear Regulator)以其低本钱,高电池使用率,清白的输出电压等特质,被寻常运用于搬动电话、掌上电脑等消费类电子产物,以及便携式医疗筑立和测试仪器中。

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  的频率积蓄打算,不只直接决策了频率安稳性,并且对LD0稳压器的功能参数,特别是瞬态反响速率,有很大的影响。别的,跟着而今半导体集成电途工艺的兴盛,越来越众的功效电途或许被集成于简单芯片中,而现有的LDO稳压器频率积蓄身手,对芯片上频率积蓄电容的必要,大大妨害了LDO稳压器芯片集成度的升高和与其他功效电途的体例集成。

  本文对LDO稳压器的频率安稳题目,和现有的频率积蓄打算身手举行了外面领悟。正在此根柢上,提出了一种新型的频率积蓄方式,并给出了电途完成途径。通过一个采用TSMC0.18 m夹杂信号半导体工艺,最大输出电流为100 mA的LDO稳压器打算,对该方式做出了进一步的阐发。结果,贯串LDO稳压器的HSpice仿真结果,对本文提出的频率积蓄方式的效率举行了协商。

  LDO稳压器的外率构造,如图1所示。图1中,Vref为具有优良温度特点的电压参考信号,Vin为担心稳的输入电压信号,Vo为输出电压信号。LDO稳压器使用由压差放大器、电压缓冲器、电压安排管Mpass和反应汇集组成的负反应环途,坚持Vo安稳。

  本文援用所在:当环途对必然频率的信号的相移到达-180时,负反应成为了正反应,假若环途增益T仍大于单元增益,环途将发生自激振荡,失落安稳Vo的影响,故必要频率

  ,来保障正在相移到达-180之前,T已衰减到单元增益以下。正在单元环途增益频率fu处,环途相移与180的和,被称为相位裕度。正在与闭环增益Ac1间存正在以下合联:

  图1中存正在两个低频顶点,分辩为位于电压缓冲器输出端的顶点P1,和LDO稳压器输出端的顶点P2。P1与P2的值由电压缓冲器的输出等效电阻Ro1,Mpass的栅、源极电容Cgs,LDO稳压器输出端的等效电阻Ro2和外接电容Co决策:

  守旧LDO稳压器的频率积蓄方式,如图1所示,使用了输出端电容Co及其等效串联电阻Resr,发生一个左半平面(LHP)零点Z1:

  若Resr的取值使Z1与P1足够贴近,赌博平台网址并彼此抵消,则正在LDO稳压器的通带内唯有一个顶点P2,环途相移不会胜过-180。然则,Resr会扩充Vo正在瞬态流程中的蜕变幅度,低浸对Vin中噪声的箝制,且对Resr取值的请求,束缚了Co可抉择的类型,增大了行使难度和体例本钱。别的,Resr的值还受四处境温度、电压和频率的影响,以是频率安稳性不行获得牢靠的保护。

  因为以上缘由,而今的LDO稳压器,众采用内部频率积蓄。一类内部频率积蓄身手鉴戒了守旧LDO稳压器的零、顶点抵消方式,并使用前馈身手,或芯片内部的RC汇集和电压限定电流源,发生所需的零点。然则,要做到芯片内发生的零点与相应顶点的十足成亲,口舌常疾苦的。而未能彼此抵消的零点和顶点,会成为LDO稳压器通带内的零、顶点对(doublet),形成Vo筑筑功夫的扩充。另一类寻常行使的内部频率积蓄为米勒频率积蓄。米勒积蓄具有顶点离散的特点,即通过跨接正在Mpass栅极和漏极的米勒电容Cm,将P1推向低频,P2推向高频。米勒积蓄后,P1与P2由式(2)、式(3)变为:

  由式(5),欲使P1远小于P2,则Cm会很大,电途内部对其充放电的流程形成Vo的压摆功夫tsr变长。因Co很大,由式(6),P2处于低频,束缚了增益带宽GBW。米勒积蓄对tsr和GBW的影响,直接增大了LDO稳压器的环途延时td(参看式(7))。固然通过嵌套的米勒频率积蓄方式或电容倍增电途,或许减小Cm,但未能断根Cm对LDO稳压器芯片的集成度的影响。

  ,和IDMpass为Mpass的沟道调制系数和漏极电流),P1只需大于0 Hz,P1与P2的间距(P1/P2)就足以保障频率安稳性。跟着输出电流的增大,P2向高频搬动,假若P1或许跟从P2的蜕变,则P1与P2的间距获得坚持。顶点跟从的频率积蓄,即是当输出电流蜕变时,通过使P1跟从P2的蜕变,得到频率安稳性的方式。

  一种使P1跟从P2蜕变的电途完成,可使用共集电极和共漏极电压缓冲器的输出电阻,分辩与偏置电流和偏置电流的开方成反比的次序,依据输出电流来动态地安排电压缓冲器的偏置电流,使P1也受输出电流限定。

  一个采用了顶点跟从频率积蓄的LDO稳压器,如图2所示。此中,完毕频率积蓄的动态偏置电压缓冲器,征求了由MOS晶体管MP3,MN4和运算放大器OPA构成的输出电流监测电途,由MN1~MN3和MP1~MP2构成的电流镜电途,以及由电流源IB2,IB3和双极晶体管Q3~Q6构成的电压缓冲器。

  采用TSMC 0.18 m夹杂信号Spice模子,和高精度仿真东西HSpice,对图2中的LDO稳压器举行了打算与仿线 mA的要求下,环途增益T的幅频与相频反响的仿线所示,正在单元环增益频率内,幅频特点与单顶点体例无别,以-20 dB/dec的速率衰减,相位裕度大于80。

  图4为输出电流Io正在20 ns内由0跳变为100 mA时,LDO稳压器输出电压Vo的瞬态反响。由图4能够看到,Vo从空载到满载的转换功夫约为0.5s。云云优良的瞬态反响是因为顶点跟从频率积蓄具有以下所长:顶点P1对P2的跟从,减小了P1的附加相移,扩充了相位裕度,则由式(1),有利于减小过冲导致的输出电压振铃情景;无需引入零点,因此避免了零、顶点对形成的输出电压安稳功夫的扩充;对带宽没有束缚,且无需米勒频率积蓄电容,则由式(7),有利于减小环途延时。别的,电压缓冲器中的甲乙类推拉构造和动态电流,对升高反响速率也有很大助助。

  结果必要阐发的是,对输出电压Vo举行的直流扫描结果证实,Vo正在总共输出电流范畴内的蜕变较大,约为4 %。经领悟,紧要由以下身分形成:图2中的宽带压差放大器的非对称构造引入了较大的输入失调电压;双极器件的基极电流,以及NPN型器件与PNP型器件参数(放大倍数等)的分歧引入的偏差。通过改用对称构造的低失调压差放大器,并将双极器件更换为MOS器件,可升高LDO稳压器的精度。然则因为低失调压差放大器引入的低频顶点,以及MOS器件的低跨导形成的P1的频率低浸,会减小相位裕度,以是应避免正在压差放大器中采用电流镜(引入镜顶点)或共源共栅(扩充节点电阻)等构造,并适合升高电压缓冲器中器件的尺寸和偏置电流。

  本文提出的顶点跟从的频率积蓄方式,供应了LDO稳压器优良的频率安稳性和瞬态反响,且无需芯片上频率积蓄电途,因此不只合用于高负载蜕变反响速率的单芯片LDO稳压器,正在集成电源处置和片上体例(SOC)方面,也有较好的运用前景。

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