电源产品原理和指标(一)--LDO

MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter徐波电源产品原理和指标（一)--LDOMobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter电源分类•线性电源传统线性电源低压差线性电源（LDO)•开关类电源Chargepump(inductorlessDC-DC)DC-DC(inductor)•线性电源传统线性电源低压差线性电源（LDO)•开关类电源Chargepump(inductorlessDC-DC)DC-DC(inductor)MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterChargepump（电荷泵）•原理CONTROL/CLOCKC+C-VOUTGNDVINSHDNS1S2S3S4CoutCinCfly倍压电荷泵示意图(Vout=2xVin)MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterCINCFLYCOUTS1S4S3S2VINVOUT+-+-ICFLYCINVIN++CINCFLYCOUTS1S4S3S2VINVOUT+-+-ICINCFLYCOUTVOUTVIN+-+-+-工作过程1:对电容CFLY充电工作过程2:倍压输出倍压电荷泵过程1等效电路:过程2等效电路:MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter可调电压电荷泵工作原理:CONTROLVREF+-GNDSHDNS1S2S3S4VINCinVOUTCoutC+C-Cfly•通过反馈控制电容Cfly的充放电时间，实现调节输出电压的目的MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterDC-DC(inductor)•原理框图电子开关整流滤波电路比较电路占空比控制电路V’OVOVREFR1R2VINMobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterStepDown“Buck”ConverterD1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-D1L1Q1CoutCinVin+Vin-Vout+Vout-Q2D1outinoutinVVDVVinoutinoutinVDV1DVVVinoutoutinVV1DVVStepUP“Boost”ConverterStepUp/StepDown“Buck-Boost”ConverterDC-DCinoutoutinVV1DVVinoutoutinVV1DVVMobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter线性电源、开关电源•优点外围器件少，PCB面积小，花费少无开关噪声，纹波小•缺点降压输出效率低，功耗大优点可升压、可降压效率高，功耗小缺点设计更复杂，外围器件多花费也较高输出纹波大线性电源开关电源MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter•调整元件•基准电压源•误差放大器•反馈网络（取样电路）调整元件误差放大基准电压+-Ui取样负载UL线性稳压器原理框图MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter•电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立•输出随着输入不断上升，输出达到规定值•误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定•输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变VOUT=（R1+R2）/R2*Vref工作原理MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter调整管工作原理100200300400VDS/VID/mA0.40.81.21.62.000VGS=2.3V2.4V2.5V2.6V2.7V2.8V2.9V3.0VP1P2P3P4P51.LDO正常工作在点P12.负载电阻降低，输出电流增大，输出电压Vo降低，VGS增大，VDS增大，工作点移动到P23.反馈电压降低，放大器输出(VG)增大4.共源放大，0AV1。VS(VO)增大，VGS增大，VDS减小，ID增大。工作点移到P35.VF与VREF之差趋于0，个系统恢复了平衡。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter5种结构比较•三极管电流驱动、MOS管电压驱动•三极管静态损耗大，MOS管静态损耗很小•双极性管子由于其电流增益比较大，可以为负载提供相当大的电流，MOS管提供的电流相对较小MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterLDO主要参数OperatingInputVoltageRange输入电压范围OutputVoltage输出电压范围OutputCurrent输出电流lq静态电流StandbyCurrent关断电流VOUTAccuracy输出电压精度LineRegulation线路调整率LoadRegulation动态负载调整率DropoutVoltage压差OutputNoiseVoltage输出噪声PSRR电源纹波抑制比MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter压差•压差是LDO线性稳压器最重要的参数，它是指系统能够调节地，使输出稳定在期望输出的最小输入电压和输出电压值差，也就是说这个输入电压将是系统能够调整地最小输入电压，比这更小的电压，输入与输出将成线性关系下降，这一临界输入电压值去期望输出值所得的结果，就是ＬＤＯ线性稳压器的压差电压。德州仪器（TI）电压差定义为输出电压较其标称值跌落2％的输入、输出电压的差值.其它的如，美信（Maxim），圣邦微电子(SGMC)电压差定义为输出电压较其标称值小于100mV时的输入、输出电压的差值MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter待机电流•待机电流是指带有使能信号的LDO，当该信号关闭的时候LDO消耗的电流。参考电压和误差放大器同样也处于不供电的状态。可以进一步减小功耗。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter静态电流•静态电流定义为无负载、非开启但却有效的状态下由IC吸取的电流。它反映了LDO内部电路的功率消耗。所以在LDO的datasheet中一般给出静态电流和输入电压的关系曲线；•地电流的确指的是输入电流和输出电流之差，他应该指的是LDO在工作时自身本身消耗的电流。所以在datasheet中给出的是地电流和输出电流之间的关系曲线；MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter恒定偏置LDO稳压器•传统上的超低IQCMOSLDO使用恒定偏置(constantbiasing)原理。这表示在能够提供的输出电流范围内，接地电流消耗保持相对恒定。这些器件非常适合性能要求相对不那么严格的电池供电应用。•它们的主要劣势是动态性能较差，如负载及线路瞬态、PSRR或输出噪声等。通常可以使用较大的输出电容来调节动态性能。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter•正比例偏置LDO稳压器•为了改善恒定偏置(恒定IGND)LDO较弱的动态性能，一些相对较新器件的接地电流与输出电流成正比例地变化。这样的LDO有如安森美半导体的NCP4681及NCP4624，两者的典型静态电流分别为1μA和2μA。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter•自适应偏置•为了同时提供极佳的动态参数及超低IQ，某些LDO应用了称作“自适应接地电流”的技术。这些稳压器使用特殊技巧来在某种输出电流电平提升接地电流，而不会损及轻载能效。•额外的配置管脚：引脚设为逻辑低电平时，用户可以将LDO稳压器配置为自适应接地电流超低IQLDO。将AE引脚拉至高电平时，低输出电流时的接地电流消耗上升至约40μA，实质提升从极轻载到高负载条件下的负载瞬态响应。在负载电流较大时，两种工作模式下IGND大致相等，动态性能基本没有差别。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter•线性调整率定义了输入变化对输出的影响，即在负载一定的情况下，输出电压变化量和输入电压变化量之比|OUToINVLIConsVS要减小线性调整率SL，可以提高误差运放的放大倍数和增大调整管的跨导。1221||OUTooINVLIConsIConsVmDSeqRRSRAgRR线性调整率MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter负载调整率•负载调整率SZ是指在输入电压不变的条件下，负载发生变化时对输出电压的影响，即输出变化量与负载电流变化量的比值，即有|OUTINoVVConsISz1221||OUTININoVVConsVConsImRRSzAgR和线性调整率一样，负载调整率SZ和误差放大器的放大倍数A及调整管的跨导有关，为了减小负载调整率可以提高这两个量的值。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter纹波抑制比•电源纹波抑制比是衡量LDO对输入电压电源变动抑制的一种能力，与线性调整率不同的一点是，纹波抑制比需要考虑很宽的频率范围。控制环路往往是决定纹波抑制比的主要因素，大的输出电容，低ESR，追加旁路电容能够改善纹波抑制比。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter输出噪声•LDO的内部带隙电压参考是噪声源，通常用给定带宽范围内的毫伏有效值表示频率范围：10Hz-100kHzMobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter精度•考虑到线性调整率，负载调整率，参考电压漂移，误差放大器电压漂移，外部取样电阻的精度，温度系数等综合参数的总体LDO影响，我们有了精度这个概念。对LDO输出电压变化影响最大的是温度。因为参考电压和误差放大器对温度的变化比较敏感。其次是电阻的精度。线性调整率，负载调整率，增益误差对精度的影响只有1%到3%MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter启动时间•启动时间：启动时间被定义为使能信号的上升沿到VOUT接近其标称值的90%时的时间。这个测试通常是接上VIN、使能引脚从断开到接通的触发条件下进行测量。备注：在使能引脚连接VIN的某些情况下，启动时间可能会大幅增加，因为带隙参考需要一定的稳定时间。在稳压器需要频繁关闭和启动以节省功耗的便携系统中，稳压器的启动时间是一个重要的考虑因素。MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenter功耗•大多数的LDO为了确保能够正常动作都会指定它的最大节点温度。最大节点温度范围之内，LDO不会损坏。为了保证节点温度不至于过高，LDO的功耗必须限定在一定的范围之内。有必要计算最大允许功耗Pdmax和实际功耗Pd。很显然Pd必须小于等于Pdmax。max(max)JAJATTDRP这里，Tjmax为节点最高温度TA为环境温度Rθja为节点温度到环境温度的热阻实际功耗()DiooPVVIMobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterTI的选型指南MobileApplicationGroup(MAG),HangzhouRDCenterMobileApplicationGroup(M