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我们在设计电路的时候,有时候可能并不使用集成的芯片,可能要自己搭建稳压电路。这样的好处是成本较低,如果通过电流较大也可以选用大封装高散热的三极管或者MOS管。这里给出我知道的分立LDO模型:
电路工作原理:
输出电压经过Rvd1和Rvd2分压后,加在比较器的反相输入端,与加在同相输入端的基准电压Uref(由TL431这种较高精度的参考源生成)相比较,两者的差值经放大器放大后,控制主三极管的压降,从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时,基准电压与取样电压的差值增加,比较放大器输出的驱动电流增加,主三级管压降减小,从而使输出电压升高。当输出电压Uout超过所需要的设定值,比较放大器输出的前驱动电流减小,从而使输出电压降低。供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。
输出电压的精度:
由图所示误差因素有五个:
电压源精度:参考博文稳压管电路的精度分析
Rvd1误差:参考电阻的精度分析(Resistor Change Analysis) 再谈电阻精度
Rvd2误差:同上
失调电压:参考运放电路分析基础
偏置电流:同上
分立的稳压电路的精度由以上几个参数决定,如果需要较高精度,势必造成了成本的高昂。光一个较好的比较放大器就和高精度的小电流LDO价格相当。因此需要仔细衡量元器件的参数问题。这里需要说明的是,由于集成芯片内部的温度趋于一致,因此不存在元件的温度差,但是由于分立器件的温度有差异,导致温度漂移和电路分散性都很大。
反馈及回路稳定性
我们需要考虑稳压器反馈回路的稳定性问题。反馈信号在通过回路后都会在增益和相位上有所改变。并且在单位增益(0dB)频率下的相位偏移总量可以确定回路的稳定性。
关于这方面的内容原理详细可参考:控制环路稳定性-理论部分
集成的LDO已经有相关的计算:LDO稳定性计算
NPN稳压器的导通管的连接方式是共集电极的方式。由于输出阻抗较低,电源的极点出现在回路增益曲线的高频部分。由于NPN稳压器没有固有的低频极点,我们在里面使用的电容,在环路增益的低频端添加了一个极点,这种称为主极点补偿的技术。
我们改变电容的大小改变主极点的频率,一般设置在100Hz处,该极点将增益减小为-20dB/十倍频程,直到高频处的第二个极点(P2)。在P2处,增益曲线的斜率又增加了-20dB/十倍频程。P2点的频率主要取决于NPN功率管及相关驱动电路(寄生的电容),这个极点也被称为功率极点。
为了确定稳定性,只需要计算0dB频率处的相位裕度:第一个极点(P1)会产生-90°的相位偏移,但是第二个极点(P2)在0DB时只增加了较小的相位偏移。也就是说0dB点处的相位偏移为小于180°,相位裕度较大。
其他可选的主调整管:
关于LDO原理的参考文档:
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