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上一篇文章介绍了PMOS结构线性电源的基本工作原理,今天结合仿真介绍大电流LDO使用的NMOS 架构基本工作原理,以及其他一些重要的LDO参数,包括PSRR、Dropout Voltage等。添加微信[chunhou0820]获取LDO仿真文件



1. NMOS LDO工作简介


下图是一个NMOS LDO的基本框图,NMOS LDO一般也工作在饱和区(特殊时会在可变电阻区),所以Vg要大于Vs,因此NMOS LDO除了有Vin引脚,一般还会有个Vbias引脚来给MOS G极提供高压驱动源;或者只有一个Vin,而内部集成了CHARGE BUMP来为G极提供高压驱动源。大体工作流程同PMOS LDO:当Vout下降时,反馈回路中的Vfb也会下降,误差放大器输出端Vg就会增加,随着Vg增加,Ids电流也增加,最终使得Vout又恢复到原始电平,状态如下


Vout↓——>Vfb↓——>Vg↑——Iout↑——>Vout↑



2. NMOS LDO详细工作原理


下图是某NMOS输出特性曲线,让我们结合上图和下图分析,当Vout下降,Vin不变,则Vds=Vin-Vout,Vds增加,MOS工作点由A转移到B;紧接着反馈回路开始工作,Vfb电压减小,经过误差放大器后,Vg增加,那么Vgs=Vg-Vs,Vgs也增加,从下图可以看到,随着Vgs增加,MOS的电流Id逐渐上升,进而使得Vout逐渐升高,MOS工作点由B转移到C,LDO又回到原始工作电平。



3. NMOS LDO仿真结果


下图是简单的5V转3.0V的NMOS LDO仿真图以及仿真波形结果,橙色曲线是电压,绿色曲线是电流,随着负载端滑动变阻器R4的变化,负载电流也在变,而输出电压基本稳定在3.0V。



4. LDO 输出电容你知道多少?


考虑到系统的稳定性,LDO的输出电容原则上是要加的,但是如果对于成本有极致的考虑,在满足一定要求时,这个电容其实是可以删除的。



5. Dropout voltage


上文分析了PMOS LDO工作在恒流区(饱和区),DS之间有一定的压差,此压差常称为dropout voltage(Vdo),所以LDO若想稳定工作在饱和区,输入输出之间满足一定的压差,应用中通常可以考虑在spec中预留25%的余量。比如下图中在Iout=150mA时,不同Vout对应的Vdo也不同。



6. 效率


效率此处不过多讨论,LDO自身消耗的功率约等于压差*电流,因此相同负载电流下,压差越大,LDO功耗越高,所以压差稍微低一些,有利于提高效率。


7. PSRR


LDO重要参数之一也是巨大优点之一便是纹波小,即PSRR好,PSRR是电源抑制比,是LDO对输入电源纹波的抑制程度,PSRR的绝对值越大越好。看PSRR曲线有个转折点,左边为LDO自身起主导作用,右边为输出电容起主导作用,PSRR性能好的LDO左边的曲线会更高,加大输出电容,右边的曲线会升高。



LDO的基本原理与介绍可以告一段落了,而其内部实际工作情况是非常复杂的,本文只起引导作用,希望能引起大家的共鸣或排解一些疑惑,欢迎关注我的公众号:硬件工程师看海。里面会定期更新鲜的内容。


---The end---




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