LDO線性穩(wěn)壓器高精度電壓基準源分析
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
注1:最大允許功耗是最大結(jié)溫TJ(max)，結(jié)與外界熱敏電阻θJA，以及外界溫度TA的函數(shù)，在任何外界溫度下的最大允許功耗用下式計算:
對于SOT-23封裝θJA的值為220℃/W，則這個芯片在常溫下的PM(忽略了器件正常工作下的靜態(tài)功耗)為
如果超出最大允許功耗將導致死溫，穩(wěn)壓器進入熱關(guān)斷。
模塊電路設(shè)計和性能實現(xiàn)
實現(xiàn)超低漏失電壓和低靜態(tài)電流是本設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，同時為了兼顧其它主要電特性，對每個模塊的設(shè)計都提出了很高的要求。本文著重介紹其中基準源模塊的設(shè)計。
系統(tǒng)框圖和工作原理
作為雙極型LDO線性穩(wěn)壓器，必須包含PNP調(diào)整管、電壓基準、誤差放大器、反饋采樣電阻以及啟動和偏置電路。為了實現(xiàn)使能控制和過溫過流保護功能，還增加了使能電路和過溫過流保護電路，如圖2的系統(tǒng)框圖所示。
圖2XD4821的系統(tǒng)框圖
基本工作原理是：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，電流源電路給整個電路提供偏置，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升。當輸出即將達到規(guī)定值時，由采樣電阻得到的反饋電壓也接近于基準電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電壓之間的誤差小信號進行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上;同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變。如果使能腳處于低電平，啟動電路不工作，電流源偏置無法建立，電路處于關(guān)閉狀態(tài)。
高精度電壓基準模塊設(shè)計
基準模塊是線性穩(wěn)壓器的一個核心部分，基準的大小直接決定了穩(wěn)壓器輸出的大小，它是影響穩(wěn)壓器精度的最主要因素。LDO線性穩(wěn)壓器為了實現(xiàn)高精度和低壓輸出，所以采用高精度低溫度系數(shù)的帶隙(Bandgap)基準電壓源結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種模擬或數(shù)?；旌霞呻娐分?，如穩(wěn)壓器、充電保護器、 ADC、DAC、RF(射頻)電路等，工藝已很成熟。
實用的帶隙基準電壓電路
圖3 是一種實用的帶隙基準電壓電路。Ql和Q2的發(fā)射區(qū)面積比為1:N，Q3和Q4完全對稱，構(gòu)成鏡像電流源給Ql和Q2提供工作電流，因而IC3=IC4，ICl=IC2，IEl=IE2。則Rl上的壓降為
式中，VT=KT/q為熱電壓，J1、J2分別是Q1、Q2管的發(fā)射極電流密度，它們之間的比值為
由IE1=IE2得R2上的壓降為
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