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低壓差穩壓器的選擇
作者：
時(shí)間：2011-04-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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確保LDO動(dòng)態(tài)穩定性
適合普通應用的傳統LDO穩壓器設計存在穩定性問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是由于反饋電路的性能、多種可能的負載、環(huán)路中元件的變化和難于獲得具有一致性參數的精密補償。下面將討論這些考慮因素。LDO通常使用一個(gè)反饋環(huán)路在輸出端提供一個(gè)與負載無(wú)關(guān)的恒定電壓。因為對于任何高增益反饋環(huán)路來(lái)說(shuō)，環(huán)路增益傳遞函數中極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置都決定其穩定性。
基于NPN管的穩壓器具有低阻抗射極負載輸出，傾向于對輸出容性負載很不敏感。然而，基于PNP管和PMOS管的穩壓器具有較大的輸出阻抗（在基于PNP 管的穩壓器中具有高阻抗集電極負載）。此外，環(huán)路增益和相位特性強烈依賴(lài)負載阻抗，因此對于穩定性問(wèn)題需要特別考慮。
基于PNP管的LDO和基于PMOS管的LDO的傳遞函數具有幾個(gè)影響穩定性的極點(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(guò)內部補償電容CCOMP一起控制和確定的。主極點(diǎn)對上述所有LDO結構都是共同的。
•第二極點(diǎn)（P1）由輸出電抗（指輸出電容和負載電容以及負載阻抗）決定。這使得應用問(wèn)題更難處理，因為這些電抗會(huì )影響環(huán)路的增益和帶寬。
•第三極點(diǎn)（P2）由調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。
如圖4所示，每個(gè)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。因為這里所討論的LDO有多個(gè)極點(diǎn)，所以如果單位增益頻率處的相移達到－180 °，線(xiàn)性穩壓器會(huì )變得不穩定。圖4還示出了容性負載對穩壓器的影響，其等效串聯(lián)電阻（ESR）會(huì )在傳遞函數中增加一個(gè)零點(diǎn)（ZESR）。該零點(diǎn)有助于補償其中一個(gè)極點(diǎn)，并且如果該極點(diǎn)出現在單位增益頻率以下時(shí)有助于穩定環(huán)路并且保持相應頻點(diǎn)的相移低于－180 °。
ESR對于維持穩定性可能是至關(guān)重要的，特別對于使用縱向PNP調整管的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(gè)窗口范圍內以確保LDO工作在對于所有輸出電流都穩定的區域（見(jiàn)圖5）。
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圖5 穩定性隨輸出電流IOUT和負載電容的ESR變化。
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雖然原則上選擇具有合適ESR的合適電容器（要求頻率響應曲線(xiàn)在穿過(guò)0 dB之前下降得足夠快，并且在達到相關(guān)極點(diǎn)P2之前向低于0 dB增益方向減小得足夠滿(mǎn)）非常困難。實(shí)際考慮還會(huì )增加更多的困難：ESR隨著(zhù)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)行基準測試，包括最小環(huán)境溫度和最大負載的極端條件。電容器類(lèi)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(shí)會(huì )變差，并且在－30 °C以下無(wú)法正常工作。多層陶瓷電容類(lèi)型無(wú)法為普通的LDO提供足夠的電容，但是它們這種穩定的低電容適合于新型LDO。
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