如何在系统中成功运用低压差稳压器

2011-04-11 18:24:20来源: 互联网
系统中成功运用压差稳压器,低压差稳压器(LDO)能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压,而且输入和输出电压之差低压差稳压器(LDO)能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压,而且输入和输出电压之差可以很小。这个电压差被称为压降或裕量要求,在负载电流为2A时可以低至80mV。可调输出低压差稳压器于1977年首次推出。现在,便携设备需要使用的低压差线性稳压器经常多达20个。最新便携设备中的许多LDO被集成进了多功能电源管理芯片(PMIC)——这是高度集成的系统,拥有20个或以上的电源域,分别用于音频、电池充电、设备管理、照明、通信和其它功能。

  然而,随着便携系统的快速发展,集成式PMIC已经无法满足外设电源要求。在系统开发的后期阶段必须增加专用LDO来给各种选件供电,如相机模块、蓝牙、WiFi和其它连接模块。LDO还能用来辅助降低噪声,解决由电磁干扰(EMI)和印刷电路板(PCB)布线造成的稳压问题,并通过关闭不需要的功能来提高系统效率。

  本文将讨论基本的LDO拓扑,解释关键的性能指标,并展示低压差稳压器在系统中的应用。同时使用ADI公司LDO产品系列的设计特征进行示例说明。

  图1:采用低压差 (Vout和在额定负载电流时Vin的最低给定值之间的差值) 技术稳定输出电压的LDO框图

  基本的LDO架构。LDO由参考电压、误差放大器、反馈分压器和传输晶体管组成,如图1所示。输出电流通过传输器件提供。传输器件的极电压由误差放大器控制——误差放大器将参考电压和反馈电压进行比较,然后放大两者的差值以便减小误差电压。如果反馈电压低于参考电压,传输晶体管的栅极电压将被拉低,允许更多的电流通过,进而提高输出电压。如果反馈电压高于参考电压,传输晶体管的栅极电压将被拉高,进而限制电流流动、降低输出电压。

  这种闭环系统的动态特性基于两个主要的极点,一个是由误差放大器/传输晶体管组成的内部极点,另一个是由放大器的输出阻抗和输出电容的等效串联电阻(ESR)组成的外部极点。输出电容及其ESR将影响环路稳定性和对负载电流瞬态变化的响应性能。为了确保稳定性,推荐1Ω或以下的ESR值。另外,LDO要求使用输入和输出电容来滤除噪声和控制负载瞬态变化。电容值越大,LDO的瞬态响应性能越好,但会延长启动时间。ADI公司的LDO在使用规定电容时可以在规定工作条件下达到很好的稳定性能。

  LDO效率:提高效率一直是设计工程师的永恒追求,而提高效率的途径是降低静态电流(Iq)和前向压降。

  由于Iq在分母上,因此很明显Iq越高效率就越低。如今的LDO具有相当低的Iq。当Iq远小于ILOAD时,在效率计算公式中可以忽略Iq。这样,LDO的效率公式可以简化为(Vo/Vin)*100%。由于LDO无法存储大量的未使用能量,没有提供给负载的功率将在LDO中以热量形式消耗掉。

  LDO可以提供稳定的电源电压,这种电压与负载和线路变化、环境温度变化和时间流逝无关,并且当电源电压和负载电压之间的压差很小时具有最高的效率。例如,随着锂离子电池从4.2V(满充状态)下降到3.0V(放电后状态),与该电池连接的2.8V LDO将在负载处保持恒定的2.8V(压差小于200mV),但效率将从电池满充时的67%增加到电池放电后的93%。

  为了提高效率,LDO可以连接到由高效率开关稳压器产生的中间电压轨,例如使用3.3V开关稳压器。LDO效率固定为85%,假设开关稳压器效率为95%,那么系统总效率将是81%。

  电路特性增强LDO性能: 使能输入端允许通过外部电路控制LDO的启动和关闭,并允许在多电压轨系统中按正确的顺序加电。软启动可以在上电期间限制浪涌电流和控制输出电压上升时间。睡眠状态能使漏电流最小,这个特性在电池供电系统中特别有用,并且允许快速启动。当LDO的温度超过规定值时,热关断电路将关闭LDO。过流保护电路可以限制LDO的输出电流和功耗。欠压闭锁电路可以在供电电压低于规定的最小值时禁止输出。图2是用于便携设计的典型电源系统简图。

便携系统中的典型电源域

  图2:便携系统中的典型电源域。

关键字:系统  运用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0411/article_6799.html
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