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工程師一定要掌握的LDO工作原理

發布人:電巢 時間:2022-12-17 來源:工程師 發布文章

無論什么電子產品,都必須用到電源,在移動端消費類電子產品中,常用的有DCDC電源和LDO電源兩種,DCDC的優點是效率高,但是噪聲大;LDO正相反,它是效率低,噪聲小。

今天我們來介紹下LDO的基本工作原理,仿真一個簡單的LDO模型,都是滿滿的干貨。

1. LDO分類

常見的LDO是由P管構成的,LDO效率比較低,因此一般不會走大電流。針對某些大電流低壓差需求的場合,N管LDO應運而生。下圖是PMOS和NMOS LDO的系統框圖對比。我們暫且忽略系統的傳遞函數,把目光集中到LDO調節穩定的工作過程,下面我們就先看下PMOS LDO的基本工作流程。

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2. LDO工作流程

當Vout由于負載變化或其他原因電壓下降時,兩個串聯分壓電阻兩端的電壓也會下降,進而A點電壓下降,A點的電位和Vref電位相比較,誤差放大器會減小它的輸出,使得G電位下降,Vs電壓不變,進而使得|Vgs|的壓差增加(我們用Vgs和Vds的絕對值描述PMOS更直觀),輸出電流Isd會增加,輸出電流Isd增加就會使得Vout上升,完成一次反饋控制,使得Vout又回到正常電位。

總結過程如下:

Vout↓——>Va↓——>Vg↓——Iout↑——>Vout↑

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PMOS驅動


下圖是PMOS的輸出特性曲線,是PMOS本身的一個特性,根據G、D、S電壓不同,MOS會工作在不同的區域,即可變電阻區、飽和區(恒流區)、截至區。LDO中的MOS是工作在恒流區的。

順著下圖綠色箭頭指示方向|Vgs|逐漸上升,Ids跟著|Vgs|上升而上升,而這段區域內不管Vds怎么變Id基本不變,換句話說,恒流區內,Ids受Vgs控制,因此基于MOS的放大器有時也被叫做跨導放大器。

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4. LDO動態調整

讓我們再詳細來一次,若Vout異常降低,Vout-Vin=Vd-Vs=Vds,|Vds|上升(Vds<0),在輸出特性曲線中體現為,由狀態工作點C轉移到D。緊接著反饋回路開始發揮作用,由于Vout下降,則Va降低,運放會使得Vg下降,Vg-Vs=Vg-Vin=Vgs,|Vgs|也上升(|Vgs|<0),在Vgs驅動下Iout會慢慢上升,在輸出特性曲線恒流區內體現為由 C向狀態工作點D轉移。當Iout=Id隨著Vgs上升時,Vds慢慢減小,最終Vout又上升回來,完成了一次完整的反饋控制。

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5. LDO仿真

下圖是使用multisim仿真的電路,LDO為5V轉3.3V,當輸出變化時,會通過A點反饋至MOS的G極,進而調節輸出。

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下圖是LDO輸出的電壓和電流波形,紅色是電壓,綠色是電流。

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#mos##電源##電路##仿真##電流#


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關鍵詞: LDO

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