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LDO稳压电路图 LDO内部电路分析

来源:朵拉利品网  |  2019-07-19 03:04:47

1, LDO内部电路分析



我来回答你吧。
这个电路的关键在于调整管状态的分析,首先回答你第三个问题,
LDO也就是低压差线性稳压电源与串联型稳压电源最大的不同在于,调整管的工作状态。
LDO中的调整管工作在饱和状态,运放控制的是饱和程度的高低,而串联型稳压电源,调整管工作在放大状态。这也就可以解释,为什么LDO的压差能做得那么小。很明显,三极管处于放大状态时,UCE至少要有1V以上,一般都是好几V。而饱和状态下,一般只有零点几V。这也就是低压差的根本原因。
再回答你的第一个问题,运放净输入增大,输出自然增大。这样就导致发射结UBE电压减小,根据三极管输入特性曲线,UBE下降,则IB自然减小。再看输出特性曲线,IB减小后,在饱和区,IC也跟着大幅度下降,而整个电路的输出电流就是由调整管的IC电流决定的。
之所以选用PNP管,也是跟状态有关系,PNP 管子做开关更容易(单片机驱动输出就经常这么做),只要运放输出介于发射极、集电极电压之间(确保发射结正偏,集电结正偏即可),而且由于需要变化的范围小,比较容易控制调整管的饱和程度。用NPN做开关,陷入饱和状态,理论上也可以,但是你自己看一下,此时它的饱和控制比较困难,一方面是运放输出,另一方面是,UE的电压(E刚好又在输出端) ,两者合成对UBE的控制,很困难。另外一点,从三极管的使用来看,三极管的集电极面积最大,最适合带负载,所以一般电路用三极管驱动的话,负载都在集电极上,而用NPN管的话,负载是在发射极上。这就导致了一个后果,你仔细看看,LDO往往可以用比较小的三极管实现比较大的电流输出,而NPN型电源,使用的管子很大,输出却很一般。相比之下,PNP型管的使用效率更高,成本也更低。
从这个问题看,其实你只要对三极管特性掌握好一些,就可以自行分析了。

2, LDO是什么?LDO与DCDC的区别与选择



传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为 PNP。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为 200mV 左右;与之相比,使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备,其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。更新的发展使用 CMOS 功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。使用 CMOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DCDC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器,包括LDO。但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思,这有一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA,电压降只有100mV。LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力, 输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。
如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。所以,在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最后有百分之十是没有使用,LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长,同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DCDC了,应为从上面的原理可以知道,LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
近几年来,随著半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低,体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。
总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。

相关概念


电压

电压(voltage),也称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。 其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念与水位高低所造成的“水压”相似。需要指出的是,“电压”一词一般只用于电路当中,“电势差”和“电位差”则普遍应用于一切电现象当中。

LDO

LDO(low dropout regulator)是指低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。LDO是新一代的集成电路稳压器,它与三端稳压器最大的不同点在于,LDO是一个自耗很低的微型片上系统。LDO低压差线性稳压器的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。

稳压器

稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时,控制电路进行取样、比较、放大,然后驱动伺服电机转动,使调压器碳刷的位置改变,通过自动调整线圈匝数比,从而保持输出电压的稳定。

 
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