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工程师 世界500强 专注于硬件设计分享" data-from="0">无论什么电子产品,都必须用到电源,在移动端消费类电子产品中,常用的有DCDC电源和LDO电源两种,DCDC的优点是效率高,但是噪声大;LDO正相反,它是效率低,噪声小。
今天我们来介绍下LDO的基本工作原理,仿真一个简单的LDO模型,都是满满的干货。
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1. LDO分类
常见的LDO是由P管构成的,LDO效率比较低,因此一般不会走大电流。针对某些大电流低压差需求的场合,N管LDO应运而生。下图是PMOS和NMOS LDO的系统框图对比。我们暂且忽略系统的传递函数,把目光集中到LDO调节稳定的工作过程,下面我们就先看下PMOS LDO的基本工作流程。
2. LDO工作流程
当Vout由于负载变化或其他原因电压下降时,两个串联分压电阻两端的电压也会下降,进而A点电压下降,A点的电位和Vref电位相比较,误差放大器会减小它的输出,使得G电位下降,Vs电压不变,进而使得|Vgs|的压差增加(我们用Vgs和Vds的绝对值描述PMOS更直观),输出电流Isd会增加,输出电流Isd增加就会使得Vout上升,完成一次反馈控制,使得Vout又回到正常电位。
总结过程如下:
Vout↓——>Va↓——>Vg↓——Iout↑——>Vout↑
3. PMOS驱动
下图是PMOS的输出特性曲线,是PMOS本身的一个特性,根据G、D、S电压不同,MOS会工作在不同的区域,即可变电阻区、饱和区(恒流区)、截至区。LDO中的MOS是工作在恒流区的。
顺着下图绿色箭头指示方向|Vgs|逐渐上升,Ids跟着|Vgs|上升而上升,而这段区域内不管Vds怎么变Id基本不变,换句话说,恒流区内,Ids受Vgs控制,因此基于MOS的放大器有时也被叫做跨导放大器。
4. LDO动态调整
让我们再详细来一次,若Vout异常降低,Vout-Vin=Vd-Vs=Vds,|Vds|上升(Vds<0),在输出特性曲线中体现为,由状态工作点C转移到D。紧接着反馈回路开始发挥作用,由于Vout下降,则Va降低,运放会使得Vg下降,Vg-Vs=Vg-Vin=Vgs,|Vgs|也上升(|Vgs|<0),在Vgs驱动下Iout会慢慢上升,在输出特性曲线恒流区内体现为由 D向状态工作点E转移。Iout=Id,随着Vgs上升时,Vds慢慢减小,最终Vout又上升回来,完成了一次完整的反馈控制。
5. LDO仿真
下图是使用multisim搭建的LDO仿真电路,使用的是Nmos驱动,误差放大器的参考电压通过稳压管设置为2.18V。LDO为5V转3.3V,通过一个可变电阻来模拟负载变化,当输出变化时,会通过A点反馈至误差放大器,误差放大器调剂MOS的G极,进而调节输出。
下图是LDO输出的电压和电流波形,红色表示的是电压,绿色表示的是电流,可以看到电流变化时输出电压一直保持稳定的3.3V。
PMOS LDO基本工作原理就介绍到这里,下一期会介绍LDO其他参数以及选型注意事项,是更实用的内容。
---The end---
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