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介绍了上一篇文章PMOS结构线性电源的基本工作原理,今天结合模拟介绍大电流LDO使用的NMOS 架构的基本工作原理和其他一些重要的事情LDO参数,包括PSRR、Dropout Voltage等。
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下图是一个NMOS LDO基本框图,NMOS LDO一般也工作在饱和区(特殊时会在可变电阻区),所以Vg要大于Vs,因此NMOS LDO除了有Vin通常会有引脚Vbias引脚来给MOS G极提供高压驱动源;或者只有一个Vin,内部集成CHARGE BUMP为G极提供高压驱动源。一般工作流程相同PMOS LDO:当Vout当下降时,反馈回路中的反馈Vfb误差放大器输出端也会下降Vg就会增加,随着Vg增加,Ids电流也在增加,最终导致Vout恢复到原始电平,状态如下:
下图是某NMOS当输出特性曲线与上图和下图相结合时Vout下降,Vin不变,则Vds=Vin-Vout,Vds增加,MOS工作点由A转移到B;然后反馈回路开始工作,Vfb误差放大器后,电压降低,Vg增加,那么Vgs=Vg-Vs,Vgs从下图了,从下图可以看出,随着Vgs增加,MOS的电流Id逐渐上升,进而使Vout逐渐升高,MOS工作点由B转移到C,LDO回到原工作电平。
下图为简单5V转3.0V的NMOS LDO橙色曲线为电压,绿色曲线为电流,随负载端滑动变阻器R负载电流也在变化,输出电压基本稳定在3.0V。
考虑到系统的稳定性,LDO原则上,应添加输出电容器,但如果对成本有极端考虑,则在满足一定要求时可以删除该电容器。
上文分析了PMOS LDO恒流区(饱和区)工作,DS有一定的压差,通常被称为dropout voltage(Vdo),所以LDO如果想在饱和区稳定工作,输入输出之间有一定的压差,通常可以考虑应用spec余量预留25%。如下图所示Iout=150mA时,不同Vout对应的Vdo也不同。
这里不讨论效率,LDO自身消耗的功率约等于压差*因此,在相同的负载电流下,压差越大,LDO功耗越高,压差越低,有利于提高效率。
LDO其中一个重要参数也是一个巨大的优点,即纹波小PSRR好,PSRR是电源抑制比,是的LDO抑制输入电源纹波,PSRR绝对值越大越好。PSRR曲线有一个转折点,左边是LDO在输出电容器的右侧起主导作用,PSRR性能好的LDO左曲线较高,输出电容增加,右曲线增加。
LDO基本原则和介绍可以结束,其内部实际工作非常复杂,本文只起指导作用,希望引起共鸣或解决一些疑问,欢迎关注我的公共账户:硬件工程师看海。内容将定期更新。
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