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便携式设备中的电源效率

作者:时间:2014-10-29来源:电子产品世界收藏

  这种架构的缺点是线路稳压及 PSRR差。原因在于低开环增益,因为它仅由一个增益级决定。合理的解决方案可能是第一级的级联电流源,其可提高增益,进而可提高线路稳压性能和PSRR。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/264576.htm

  图1中的输出电压为(公式2):

  

 

  其中,VSET为参考电压,VGS,M4是M4的栅源电压。

  因此,输出电压对温度和工艺变化极为敏感。要避免这种问题,就必须创建一个更为理想的跟随器,其中 M4 是反馈环路的一部分(图3)。

  

 

  图3.M4位于放大器反馈环路中、无输出电容器的

  这种情况下的输出电压为公式3:

  

 

  其中,A0是放大器的开环增益反馈。对于高反馈放大器增益而言,可使用公式4:

  

 

  

 

  图4.具有电阻式分压器、M4位于放大器反馈环路、无输出电容器的

  在反馈环路(图4)中添加电阻式分压器后,输出电压转变为:

  VOUT=VSET(1+R1/R2)

  FVF反馈放大器不影响整体 LDO稳定性,因为它位于主LDO反馈环路的外部。对于本地反馈环路而言,只要求设计方案稳定。

  带隙内核说明

  所选用的带隙内核(图5)采用在标准CMOS 技术中广泛使用的经典结构。

  

 

  图5.所推荐带隙电压参考内核的简化方框图

  通过添加双极性晶体管的负温度系数基射极间电压,可获得带隙电压的低温系数,从而可通过在不同电流密度下偏置的两个基射极间电压之差获得正温度系数电压。为电阻器R2和R3选择相等的值,参考电压就可表示为公式5:

  

 

  其中VEB是Q1的基射极间电压,VT是热电压,IQ1和IQ2是通过晶体管Q1和Q2的电流,而 IS,Q1和IS,Q2则分别是Q1和Q2的饱和电流。

  误差源

  要为任何带隙电压参考实现良好的精确度,必须定义总体精度误差的主要形成因素[4]。以下是所推荐架构的最大误差源:

  放大器失调电压

  电阻器R1与R2之间的不匹配

  双极性晶体管的饱和电流不匹配

  电阻器R1、R2和R3的变化

  放大器失调电压

  放大器失调电压对于参考电压精确度来说很关键,因为它通过与发射-基极电压差相同的方式放大。尽管我们可以通过增大双极性晶体管的面积比来减少对放大器失调电压的影响,但由于电压差具有对数尺度,因此我们会受到这个比例的合理值限制。在本例中,我们选择的比例为24。

  对放大器失调电压影响最大的是输入级晶体管阀值电压变化。它可通过增大放大器输入对的尺寸来改善(公式6)。

  

 

  电阻器R1与R2之间的不匹配

  电阻器R1与R2之比可定义公式5中正温度系数项的增益。为了让该增益系数准确,我们使用较大面积单位电阻器。使用特殊的电阻器布局,可实现0.1%的误差比例精度。

  双极性晶体管的电阻器与饱和电流的变化

  这两种变化会导致双极性晶体管的基极-发射极电压Veb发生偏移。基极-发射极电压可按公式7确定:

  

 

  其中,I是发射极电流,IS是双极性晶体管的饱和电流。引起IS变化的主要原因是Q1和Q2晶体管面积的不匹配以及杂质浓度的变化。

  电阻器R1的变化可影响通过晶体管Q2 的电流I的绝对值,它是负温度系数项VEB的一部分。

  电阻器R2和R3分别可确定通过Q1和Q2 的电流值。R2和R3的变化可导致参考电压(公式5)的正温度系数不准确。不过,可通过对电阻器R2与R3进行良好匹配来降低该变化所引起的误差。

电容器相关文章:电容器原理




关键词: 电源效率 SoC LDO

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