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  • 二、基本参数解释 三、LDO的一些特性 1、输出自放电 2、软启动 3、LDO效率 4、动态负载调整(∆VOUT) 5、线性瞬态响应 6、压差(Dropout Voltage) 四、参考设计 1、输入输出电容选择 2、Layout参考 一...

    目录

    一、工作原理

    二、基本参数解释

    三、LDO的一些特性

    1、输出自放电

    2、软启动

    3、LDO效率

    4、动态负载调整(∆VOUT)

    5、线性瞬态响应

    6、压差(Dropout Voltage)

    四、参考设计

    1、输入输出电容选择

    2、Layout参考


    一、工作原理

    LDO是Low Dropout Regulator的缩写,意思是低压差线性稳压器,下面是LDO的内部框图,大致的工作原理就是:参考电压Vref和反馈电压FB(VOUT通过两个电阻分压)分别接在误差放大器的反向和正向端,然后输出误差量,再通过MOS drive调整输出电压大小,达到输出稳定。当输出电压增大时,FB增大,放大器输出电压增加,PMOS管的G极电压增大,Usg减小,PMOS的输出电流和电压较小,形成了一个负反馈系统。

    LDO典型框图

    二、基本参数解释

    1. 输入电压范围:规定设计输入电源范围。

    2. 静态功耗(Quiescent Current):输出电流为0时的输入电流,即VOUT空载时输入电流。好的LDO和差的LDO相比较,是在电源纹波抑制比PSRR差不多的时候,静态耗流会更低。

    3. 关闭功耗(Shut down Current):使能脚拉低,VOUT=0V时,VIN上消耗的电流即为关闭功耗,一般在1uA以内,越小越好。

    4. 电源纹波抑制比PSRR:这个参数越大越好,代表抑制输入纹波的能力越强,一般SPEC给出的是1KHz下的值,如:68dB@F=1KHz,LDO的最大的优点之一是它们能够衰减开关模式电源产生的电压纹波,所以一般在100K到1MHz之间的PSRR非常重要,这也是为什么我们经常看见DC-DC后面搭配一个LDO使用,敏感的模拟电源AVDD上,如ADC,Camera等,选择高PSRR的LDO;

    5. 输出电流:设计时预留50%的余量,实际运用过程中,输出电流的大小和输入输出电压都有关系。

    6. 输出电压:分为可调和固定,根据实际情况选择在,一般最好选择固定的。

    7. 输出电压精度:一般是2%,还有5%的。

    8. 耗散功率:500mW,使用时不能超过这个值。

    9. 地电流(Ground Current):指的是输入电流和输出电流的差值。指的是LDO正常工作状态,在特定的负载下,LDO自身消耗的电流。


    三、LDO的一些特性

    1. 输出自放电

    带自放电功能的LDO,能尽快泄放输出电容上的能量,保证LDO尽快关闭,下次开启是从0电压。坏处是如果外部有电压加到或者串到VOUT上,因为VOUT上的Rdischg电阻,会有一定的耗流产生,确定不会有串电到VOUT上用带自放电的LDO比较好。

    在LDO关闭时,下图中的MOS管会自动打开,VOUT通过Rdischg对地放电,有的LDO框图中没有画这个自放电电阻,但是也是带自放电功能的,自放电电阻大小可以通过RC放电公式进行计算。

    带输出自放电的LDO

    2. 软启动

    带软启动的LDO可以有效的控制电流,使输出较平缓的上升。

    实际测试LDO的上电瞬间,VOUT起来是比较平缓的,并没有电压过冲。

    实测LDO输出

    软启动的时间可以依据下图测试,TSS是输入电压上升到0.5倍到VOUT完全起来的时间间隔。

    软启动时间定义

    3. LDO效率

    LDO效率的计算公式为:

    输入电流等于输出电流加上静态功耗,根据以上公式,当LDO处在轻载时,IQ就非常重要,IQ越小,效率就越高。

    4. 动态负载调整(∆VOUT)

    指的是输入电压一定,输出电压随负载电流变化而产生的变化量,当负载电流变化缓慢时,一般LDO能保持LDO恒定不变。当负载电流快速变化时,输出电压就会随之改变。这个输出电压的改变量决定了负载瞬态性能,这个值越小越好。

    5. 线性瞬态响应

    在负载一定的时候,输出电压随着输入电压改变而产生的变化量。这个值越小越好。

    在AP2127的SPEC上可以看到,动态负载响应和线性瞬态响应都是比较好的。

    6. 压差(Dropout Voltage)

    指保持电压稳定所需要的输入电压和输出电压之间的最小差值。当输入电压为VIN1,输出为VOUT1,缓慢降低VIN1,当输出降低到VOUT1的98%时,此时输入电压为VIN2,那么Vdrop=VIN2-VOUT1*98%,Vdrop越小越好,意味着低功耗高效率。


    四、参考设计

    1. 输入输出电容选择

    现在一般LDO输入输出各加一个1UF陶瓷电容即可,可选择X5R或者X7R,ESR也会影响LDO系统的稳定性,根据SPEC来选择合适ESR的电容。提高输出电容的容值,可以提高LDO的瞬态响应性能,缺点是会延长启动时间。

    2. Layout参考

    输入输出电容靠近LDO管脚放置,LDO和电容要使用同一铜层铺地,输入输出电容的地环路要短。

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  • MOS管的主要参数与重要特性

    千次阅读 2019-05-23 14:23:04
    双极性晶体管:NPN和PNP管; 单极性晶体管:场效应管(MOSFET和JFET); MOS管相对三极管具有速度快、输入阻抗高、...静态特性参数 BVDSS:漏源击穿电压,为正温度系数。 BVGS:栅源击穿电压 VGS(th):阈值电...

    双极性晶体管:NPN和PNP管;

    单极性晶体管:场效应管(MOSFET和JFET);

    MOS管相对三极管具有速度快、输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、容易集成等优点。

    下面总结下其主要参数与重要特性,只有比较好的理解了各种参数和特性才能设计出稳健可靠的电路。

     

    主要参数:

    • 静态特性参数

    BVDSS:漏源击穿电压,为正温度系数。

    BVGS:栅源击穿电压

    VGS(th):阈值电压,为负温度系数。

    RDS(on):导通电阻;

    RGS:栅源电阻,栅源之间电压与栅极电流之比;

    IDSS:零栅压漏极电流,正温度系数;

    IGSS:栅源漏电流,特定的栅源电压下流过栅极的电流;

    • 动态特性参数

    Ciss输入电容,漏源短接,交流信号测得的栅极和源极之间的电容。

    Ciss=Cgs+Cgd,输入电容充电到阈值电压时器件开启,放电到一定值器件关断,因此驱动电路和Ciss对器件的开启和关断延时有直接影响;

    Coss输出电容,栅源短接,交流信号测得漏极和源极之间的电容。

    Coss=Cds+Cgd,对于软开关应用,可能引起电路谐振

    Crss反向传输电容,源极接地,测得漏极和栅极之间电容,等同于Cgd。

    也叫做米勒电容,对于开关的上升和下降时间及其重要。

    Td(on)导通延迟时间:栅源电压上升到10%栅极驱动电压时到漏电流升到规定电流的90%所经历的时间。

    Td(off)关断延时时间:栅源电压下降到90%栅极驱动电压时到漏电流下降到规定电流的10%所经历的时间。

    Tr:上升时间:漏极电流从10%上升到90%所经历的时间;

    Tf:下降时间:漏极电流从90%下降到10%所经历的时间;

    NF低频噪声系数:噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的,由于它的存在可以使放大器在没有信号输入时,输出端也会有不规格的电压电流变化。场效应管的噪声系数一般几个分贝,比双极性三极管的要小。

     

    重要特性:

    • 导通特性

    导通的意义是作为开关,相当于开关闭合。Vgs满足一定条件就会导通。

    • 损失特性

    导通后均有导通电阻存在,电流就会被电阻消耗能量,这部分叫做导通损耗

    小功率的管子导通电阻一般几毫欧几十毫欧,Vgs电压不一样电阻也不一样。

    管子在导通和截止时,两端电压有个降落过程,电流有个上升过程,在这段时间内

    管子的损失是电压和电流的乘积,称之为开关损失;通常开关损失比导通损失大很

    多,频率越快,损失越大。缩短开关时间,降低开关频率均能减小开关损失。

    • 寄生电容驱动特性

    GS GD之间存在寄生电容,MOS管的驱动理论上是对电容的充放电;

    对电容的充电需要一个电流,由于电容充电瞬间可以看成短路,所以瞬间电流会比

    较大,所以选型时需要注意抗冲击电流大小。

    • 寄生二极管

    漏极源极之间有个寄生二极管也叫做体二极管,在感性负载(马达继电器)应用

    中,主要用来保护回路。不过体二极管只在单个MOS管中,集成芯片中是没有的。

    • 转移特性

    场效应管的转移特性是指漏源电压固定时,栅源电压Vgs对漏极电流Id的控制特性;

    Vertical D-MOS2N7002的转移特性;VDMOS的跨导(gm)线性度较好。

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    众所周知,晶体管分为双极性晶体管和单极性晶体管,其中:

    双极性晶体管:三极管 NPN管和PNP管;

    单极性晶体管:场效应管(MOSFET和JFET);

    MOS管相对三极管具有:速度快、输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、容易集成等优点。

    下面总结下其主要参数与重要特性,只有比较好的理解了其参数和特性才能设计出稳健可靠的电路。

    主要参数

    • 静态特性参数

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    BVDSS:漏源击穿电压,为正温度系数

    BVGS:栅源击穿电压

    VGS(th):阈值电压,为负温度系数

    VSD:体二极管正向电压

    RDS(on):导通电阻

    RGS:栅源电阻,栅源之间电压与栅极电流之比

    IDSS:零栅压漏极电流,正温度系数

    IGSS:栅源漏电流,特定的栅源电压下流过栅极的电流

    • 动态特性参数

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    Ciss输入电容,漏源短接,交流信号测得的栅极和源极之间的电容。

    Ciss=Cgs+Cgd,输入电容充电到阈值电压时器件开启,放电到一定值器件关断,因此驱动电路和Ciss对器件的开启和关断延时有直接影响;

    Coss输出电容,栅源短接,交流信号测得漏极和源极之间的电容。

    Coss=Cds+Cgd,对于软开关应用,可能引起电路谐振;

    Crss反向传输电容,源极接地,测得漏极和栅极之间电容,等同于Cgd。

    也叫做米勒电容,对于开关的上升和下降时间及其重要。

    Td(on)导通延迟时间:栅源电压上升到10%栅极驱动电压时到漏电流升到规定电流的90%所经历的时间。

    Td(off)关断延时时间:栅源电压下降到90%栅极驱动电压时到漏电流下降到规定电流的10%所经历的时间。

    Tr:上升时间:漏极电流从10%上升到90%所经历的时间;

    Tf:下降时间:漏极电流从90%下降到10%所经历的时间;

    NF低频噪声系数:噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的,由于它的存在可以使放大器在没有信号输入时,输出端也会有不规格的电压电流变化。场效应管的噪声系数一般几个分贝,比双极性三极管的要小。

    gm:跨导,如同三极管的β,衡量MOS管的放大能力标识之一;

    小功率管gm可以做大,大功率管gm一般都很小;尤其做开关管用,小好。

    电导是电阻的倒数,跨导是输出端电流的变量受输入端电压变化的比值;

    所以跨导,可以控制漏源之间的电流大小。

    重要特性

    Ø 导通特性

    导通的意义是作为开关,相当于开关闭合。Vgs满足一定条件就会导通。

    Ø 损耗特性

    导通后均有导通电阻存在,电流就会被电阻消耗能量,这部分叫做导通损耗;

    小功率的管子导通电阻一般几毫欧几十毫欧,Vgs电压不一样电阻也不一样。

    管子在导通和截止时,两端电压有个降落过程,电流有个上升过程,在这段时间内管子的损失是电压和电流的乘积,称之为开关损失;通常开关损失比导通损失大很多,频率越快,损失越大。缩短开关时间,降低开关频率均能减小开关损失。

    Ø 寄生电容驱动特性

    GS GD之间存在寄生电容,MOS管的驱动理论上是对电容的充放电;

    对电容的充电需要一个电流,由于电容充电瞬间可以看成短路,所以瞬间电流会比较大,所以选型时需要注意抗冲击电流大小。

    Ø 寄生二极管

    漏极源极之间有个寄生二极管也叫做体二极管,在感性负载(马达继电器)应用中,主要用来保护回路。不过体二极管只在单个MOS管中,集成芯片中是没有的。

    Ø 转移特性

    场效应管的转移特性是指漏源电压固定时,栅源电压Vgs对漏极电流Id的控制特性;

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    Vertical D-MOS管2N7002特性;VDMOS的跨导(gm)线性度好。

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    电源用开关管特性。

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