深入理解LDO.docx

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1、深入理解1DO目录1 .前言12 .简单介绍下1DO分类13 .线性稳压器(1DO)31. 1.什么是1DO稳压器？33. 2.基本原理34. 3.应用领域35. 4.电子系统1DO稳压器的要求33.5.优缺点4?三种稳压管4?NPN稳压管4?1Do稳压管5?准1DO稳压器51 .前言根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小电源。这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管是工作在开、关两种状态下的。2 .简单介绍下1DO分类NPN稳压管：内部用一个PNP管控制达林顿调整管。1DO

2、稳压管：调整管是一个PNP管。Squasi-1DO:调整管是由一个PNP管控制一个NPN管。1Do(IOWdrOPoUtPUt)低压差线性稳压器，1DO的工作原理是通过反馈调整MOSFET的VSd压降以使输出电压不变。输出电压纹波小，电流也较小，用于RF模块或音频模块等对电压要求高的电路。特点是成本低噪音小。缺点是效率低，输出电流小，只能用在降压的场合。必须要注意，为了达到稳定的回路就必须使用负反馈。下面是1DOS-1167Series的基本原理图。该电路主要是由串联调整管、取样电阻、比较放大器组成。取样电压加在比较放大器的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大

3、器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压UOUt降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和串联调整管回路反应速度的限制。环路内的负反馈总是强制比较放大器调节输入两端的电压使其相等。1DO的效率不高，下表是3.3v的1DO量得的数据。3在diag下效率为67.86%,在OS下效率为66.62%。输入输出电流基本相等，是因为输入电流到输出电流，经过PNP调整管

4、，只在栅极消耗了一点。以S1167B33-I6T2G为例测得的输入输出曲线如下图：输入端大于3.3V时，一直有恒定的3.3V输出，大于2.8V小于3.3V时，输入等于输出，小于2.8V时，系统就不稳定了。把输出端对地短路，并未出现大电流(0.02mA)06.5V是SPeC中定义的，由于怕损伤器件，输入并未超过6.5V测量。稳压管的另一个重要的指标就是稳定性，在我们的设计线路中常常看到在其输出端会有大大小小的电容，其作用是什么呢?下面具体分析稳压管的反馈及回路稳定性。3.线性稳压器(1DO)3.1什么是1DO稳压器？1DO稳压器是一种半导体稳压器，在所需输出电压不同于输入电压时使用。例如，假设输

5、入电压为5V,所需输出电压为3V。这种情况下，1DO稳压器是简单经济的电源稳压解决方案。输入输出电压差小的稳压器称为1DO稳压器。1DO代表低压差；1DO稳压器是一种输入输出电压低压差的线性稳压器。3.2.基本原理线性稳压器是一种非常简单和常见的电源1C,主要用于从输入电压生成一个稳定的输出电压。1DO通过一个内置的晶体管以线性方式调节电流。3.3.应用领域由于其简单性和低噪声特性，1DO广泛应用在低功耗和对噪声敏感的应用中，如传感器、模拟电路和微控制器。3.4.电子系统1DO稳压器的要求传统上，电源电路或稳压器IC(如PMICS*1)通常用在电路板上为每块电路或IC提供所需电压。然后，电源电

6、路和稳压器IC为每个电路供电。不过，电路板长布线产生的电阻会造成显著压降，而电路板平行布线之间的串扰往往会影响噪声敏感器件的工作。为解决这些问题，通常采用负载点(PO1)稳压器IC在局部形成每块电路或IC所需的电压。*1电源管理IC：一种用于管理系统中多条电源线的稳压器IC目前，为提高电子设备性能、缩小尺寸并增强通用性，电路越来越复杂且节能。这种情况下，电路和IC开始采用低电压工作。此外，传感器和高精度模拟电路需要低噪声电路设计。Asing1epowersupp1yIC(e.g.,aPMIQonaboardsupp1iestherequiredvo1tagestomu1tip1eICsandc

7、ircuits.Inthiscase,systemstabi1itymightbedegradedbytheaddedresistanceof1ongboardtracesandcrossta1kbetweenpara11e1boardtraces.regu1atorforPO1powerde1iveryPrintedcircuitboardP1ace1DOregu1atorsandotherpowersupp1yICsc1osetotheirpointofuseinordertoprovideprecise1yregu1atedvo1tagewith1ownoiseforthesubsequ

8、entICorcircuitryandtherebyimprovesystemstabi1ity.35.优缺点优点：设计简单，低噪声，低成本。缺点：效率相对较低，不能适应高电流或高电压应用。?.三种稳压管?.1.NPN稳压管例如：1M3401M317比较老的3端稳压管。?.2.1DO稳压管例如：S-1167Serieso?.3.准1Do稳压器三种稳压器的最大区别在于压降和接地引脚电流。很明显NPN和准1DO的稳压管在调整管上稍微复杂点，所以压降也大些。达林管的增益很高，所以只需要很小的电流就可以驱动，准1DO也是这样，IGND很小。PNP管的放大系数一般是15-20,1DO的IGND电流能达到

9、负载电流的7%。NPN稳压管的最大好处就是无条件的稳定（大多数不需要加外接电容）,1DO则需要在输出端加上电容，以减少回路带宽及提供些正的相位补偿。所有的稳压器都使用负反馈I可路以保持输出电压的稳定。但反馈信号在通过回路后都有一定的增益和相位变化。如果反馈信号相位有180变化，负反馈就会变成正反馈，造成输出不稳定。因此反馈信号经过整个回路的相位偏移,需要有至少20。的相位裕度，这样才能保证电路的稳定。（相位裕度定义为回路总的相位偏移与-180的差）3年嵌入式物联网学习资源整理分享：C语言、1inUX开发、数据结构；软件开发，STM32单片机、ARM硬件开发、物联网通信开发、综合项目开发教程资料

10、；笔试面试真题。点击下方插件免费领取III点击领取1CMIsoKcnATFIF4M环路的不稳定来自于相位移量，我们可以在反馈回路中通过变压器注入正弦小信号，如下图所示,1oopGain=VaVb,从Vb传入交流小信号，同过回路产生相移到达Va。这样可以计算回路增益，相位的偏移量。（此处以1DO分析）承JECTStGNA1可以通过网络分析仪来测量回路增益，它通过向网络回路注入低电平的正弦波，然后从直流信号扫描到使增益下降到OdB的频率来测量增益的响应。下面以一幅波特图具体分析反馈回路的增益及相位变化情况。概念：极点增益曲线出现-20dB10倍频变化的点零点在增益与相位上的效果与极点相反。极点相移

11、=arctan（ffp）零点相移=arctan（ffz）假设直流增益为80dB（10100Hz处的增益），100到IKHZ增益减少了20dB,10K-100KHz增益减少20dB,IOOK-IMHz增益减少40dB（斜率有20dB10倍频的变化）。图中可以看出有3个PO1E,一个ZER0。IMHZ处的增益是OdB,说明IMHZ的小信号在此截止，此回路的带宽就是1MHz。从这个波特图能看出这个系统稳定么?前面说了系统是否稳定主要看相位移量，而我们只要看在OdB时的相移就可以了（图中是1MHz）。上图中有3个极点和1个零点，前两个极点产生-180度相移，零点产生90度相移，最后一个极点在40dB到

12、OdB处，斜率为40dB10倍频。根据极点相移公式arctan（f/fp）=arctan（10）=1.47,换算成角度为84.3度。所以总的相移为-180+90-84.3=174.2度。前面说到相位裕度等于卜180+174.2=5.8v20.所以此回路不稳定。看似上面的分析比较复杂，其实是自动控制理论里面的传输函数和根迹图的概念,简单的说,一个（线形）系统是否稳定（不会产生振荡）取决于它的传输函数的极点分布.（极点的实部必须小于零）,而且极点实部负数的绝对值越大,系统越稳定,我们就可以通过增加极点或是零点来调节相位裕度，从而使系统达到稳定。调节1DO系统的稳定性，最常见的补偿方法是在系统中插入

13、零点来取消相移和极点。由于1DO已经就正常运行要求了一个输出电容器,因此使用输出电容器的ESR通常就是最简单也最廉价的生成冬点的方法。等效串联电阻（ESR）是每个电容都具有的几个基本特性。可以看为电阻和电容的串联等效电路。输出电容的ESR在回路增益中产生一个零点，用来减少过量的负相移。增加系统的带宽，使更稳定。零点处的频值：Fzero=1/（2xCoutxESR）假设一个1De）系统在OdB时的截止频率是30kHzo在其输出端增加输出电容为IOUF,输出电容的ESR=IOhm。则在16kHz处产生零点。FWCQyEWCr(Hi)神INt的1Do1tmW耽浮，蛆%皿一般的1Do会由负载阻抗、输出

14、容抗等自身产生一些极点。图中有3个极点（具体由来就不做分析，可由网络分析仪扫描出），但有1个PPWr在OdB之后的频段，也就是带宽之外，可以不考虑。从上面两幅波特图的对比看出，第二张图增益曲线，当增加了输出电容后，从80dB到OdB变得更平缓些。系统的带宽大概从40KHz增加到IooKHZ左右。相位裕度也相应的增加（此例就不仔细计算了）。那么系统对ESR又有什么要求呢?比如此例中设ESR=20ohm,则零点频率会降低到Fzero=800Hz,使系统的带宽增加到2MHz,从整个的波特图我们发现在IOOK到2MHz之间又多了一个极点Ppwr0这就意味着系统又有了-90度的相移，零点就失去了其意义。那么ESR是不是越小越好呢?设ESR=50mohm0零点频率会降到320kHz。不用看就知道，系统地稳定性基本没改变，因为系统的带宽就是40KHz,增加的零点频率为320KHz已经超出了带宽。为了补偿1DO稳压器的。所以选择的电容ESR要求要严格，首先要符合系统的回路频率特性，同时也要有较好的温度特性，不能随温度变化而变化过大。频率响应也是重要的指标。这点留电容是比较好的选择。ESR是指在一定温度下的某个频率下的最大阻值，厂商一般定义为25摄氏度IoOKHz。