低壓差穩(wěn)壓器的選擇
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
確保LDO動態(tài)穩(wěn)定性
適合普通應(yīng)用的傳統(tǒng)LDO穩(wěn)壓器設(shè)計存在穩(wěn)定性問題。這個問題是由于反饋電路的性能、多種可能的負(fù)載、環(huán)路中元件的變化和難于獲得具有一致性參數(shù)的精密補(bǔ)償。下面將討論這些考慮因素。LDO通常使用一個反饋環(huán)路在輸出端提供一個與負(fù)載無關(guān)的恒定電壓。因?yàn)閷τ谌魏胃咴鲆娣答伃h(huán)路來說，環(huán)路增益?zhèn)鬟f函數(shù)中極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置都決定其穩(wěn)定性。
基于NPN管的穩(wěn)壓器具有低阻抗射極負(fù)載輸出，傾向于對輸出容性負(fù)載很不敏感。然而，基于PNP管和PMOS管的穩(wěn)壓器具有較大的輸出阻抗（在基于PNP 管的穩(wěn)壓器中具有高阻抗集電極負(fù)載）。此外，環(huán)路增益和相位特性強(qiáng)烈依賴負(fù)載阻抗，因此對于穩(wěn)定性問題需要特別考慮。
基于PNP管的LDO和基于PMOS管的LDO的傳遞函數(shù)具有幾個影響穩(wěn)定性的極點(diǎn)：
•主極點(diǎn)（圖4中的P0）由誤差放大器決定；它是由放大器的gm通過內(nèi)部補(bǔ)償電容CCOMP一起控制和確定的。主極點(diǎn)對上述所有LDO結(jié)構(gòu)都是共同的。
•第二極點(diǎn)（P1）由輸出電抗（指輸出電容和負(fù)載電容以及負(fù)載阻抗）決定。這使得應(yīng)用問題更難處理，因?yàn)檫@些電抗會影響環(huán)路的增益和帶寬。
•第三極點(diǎn)（P2）由調(diào)整管附近的寄生電容決定。在相同條件下，PNP功率晶體管的單位增益頻率（fT）比NPN晶體管的fT低很多。
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圖4 LDO的幅頻響應(yīng)。 本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/179210.htm |
如圖4所示，每個極點(diǎn)產(chǎn)生每10倍頻程20dB的增益下降并且伴隨90 °的相移。因?yàn)檫@里所討論的LDO有多個極點(diǎn)，所以如果單位增益頻率處的相移達(dá)到－180 °，線性穩(wěn)壓器會變得不穩(wěn)定。圖4還示出了容性負(fù)載對穩(wěn)壓器的影響，其等效串聯(lián)電阻（ESR）會在傳遞函數(shù)中增加一個零點(diǎn)（ZESR）。該零點(diǎn)有助于補(bǔ)償其中一個極點(diǎn)，并且如果該極點(diǎn)出現(xiàn)在單位增益頻率以下時有助于穩(wěn)定環(huán)路并且保持相應(yīng)頻點(diǎn)的相移低于－180 °。
ESR對于維持穩(wěn)定性可能是至關(guān)重要的，特別對于使用縱向PNP調(diào)整管的LDO。然而，由于電容器的寄生特性，所以ESR不總是好控制。電路可能需要ESR集中在某個窗口范圍內(nèi)以確保LDO工作在對于所有輸出電流都穩(wěn)定的區(qū)域（見圖5）。
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圖5 穩(wěn)定性隨輸出電流IOUT和負(fù)載電容的ESR變化。 |
雖然原則上選擇具有合適ESR的合適電容器（要求頻率響應(yīng)曲線在穿過0 dB之前下降得足夠快，并且在達(dá)到相關(guān)極點(diǎn)P2之前向低于0 dB增益方向減小得足夠滿）非常困難。實(shí)際考慮還會增加更多的困難：ESR隨著產(chǎn)品型號變化；大批量生產(chǎn)使用的最小電容值需要進(jìn)行基準(zhǔn)測試，包括最小環(huán)境溫度和最大負(fù)載的極端條件。電容器類型的選擇也很重要。最合適的電容器是鉭電解電容器，盡管具有大容量的鉭電解電容器尺寸很大。鋁電解電容器的尺寸很小，但其ESR在低溫時會變差，并且在－30 °C以下無法正常工作。多層陶瓷電容類型無法為普通的LDO提供足夠的電容，但是它們這種穩(wěn)定的低電容適合于新型LDO。
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