LDO低压差线性稳压器 知识总结
LDO详细介绍

LDO详细介绍LDO是低压差线性稳压器的英文简称,是Lineaer Dropout Regulator的缩写。
它是一种用于电子设备中的电源管理器件,主要用于将高压输入电源转换为稳定的低压输出电源。
LDO稳压器是一种线性的电压稳压器,它通过选用合适的转导电阻和反馈电路,能够在输入电压与输出电压之间产生一个稳定的、低压差的电压源。
与开关稳压器相比,LDO稳压器的设计电路更简单,而且输出电压的纹波更小,输出电压稳定性更好。
LDO稳压器的主要工作原理是通过一个功率NPN晶体管和一个PNP晶体管组成的串联电路对输电机输入电压进行调整,然后通过一个反馈电阻网络进行负反馈控制,从而实现在负载变化的情况下输出电压的稳定性。
LDO稳压器有以下几个特点:1.低压差:LDO稳压器通常具有较低的压差,一般在0.1V至0.5V之间。
这意味着它可以将高压输入电源转换为非常接近输出电路所需的稳定低压电源,从而减少了能量损耗。
2.高效率:由于LDO稳压器是线性的电压稳压器,没有开关元件,因此其效率相对较低。
但是,由于输入到输出的压差较小,使其输出功率损耗相对较小。
3.稳定性:LDO稳压器有较好的负载调节性和线性调节性能,可以在较大的负载变化范围内保持输出电压的稳定性。
4.低纹波:LDO稳压器的输出电压纹波较小,通常在几毫伏到几十毫伏之间,这对需要较低纹波的电子设备非常重要,如音频放大器。
LDO稳压器广泛应用于各种电子设备中,包括移动通信设备、计算机、工业控制系统、可穿戴设备、消费电子产品等。
由于其输出电压稳定性好、纹波小、封装紧凑等优点,使得LDO稳压器成为电子设备中一种常见的电源管理解决方案。
在选择LDO稳压器时1.输入电压范围:根据应用的需求选择合适的输入电压范围,确保稳压器能够正常工作。
2.输出电压范围:根据所需的输出电压确定合适的LDO稳压器型号,确保输出电压满足应用需求。
3.输出电流能力:考虑应用所需的最大输出电流,选择具有足够输出电流能力的LDO稳压器。
低压差线性稳压器(LDO)简介

低压差线性稳压器(LDO)的基本原理和主要参数摘要:本文论述了低压差线性稳压器(LDO)的基本原理和主要参数,并介绍LDO 的典型应用和国内发展概况。
引言便携电子设备不管是由交流市电经过整流(或交流适配器)后供电,还是由蓄电池组供电,工作过程中,电源电压都将在很大范围内变化。
比如单体锂离子电池充足电时的电压为4.2V ,放完电后的电压为2.3V ,变化范围很大。
各种整流器的输出电压不仅受市电电压变化的影响,还受负载变化的影响。
为了保证供电电压稳定不变,几乎所有的电子设备都采用稳压器供电。
小型精密电子设备还要求电源非常干净(无纹波、无噪声),以免影响电子设备正常工作。
为了满足精密电子设备的要求,应在电源的输入端加入线性稳压器,以保证电源电压恒定和实现有源噪声滤波[1]。
一.LDO 的基本原理低压差线性稳压器(LDO)的基本电路如图1-1所示,该电路由串联调整管VT 、取样电阻R1和R2、比较放大器A 组成。
取样电压加在比较器A 的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref 相比较,两者的差值经放大器A 放大后,控制串联调整管的压降,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,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。
相反,若输出电压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。
图1-1 低压差线性稳压器基本电路应当说明,实际的线性稳压器还应当具有许多其它的功能,比如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等,而且串联调整管也可以采用MOSFET 。
二.低压差线性稳压器的主要参数1.输出电压(Output Voltage)输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。
低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。
LDO线性稳压器

线性稳压器(LDO)一、应用场景图1所示电路是一种最常见的AC/DC电源,交流电源电压经变压器后,变换成所需要的电压,该电压经整流后变为直流电压。
在该电路中,低压差线性稳压器的作用是:在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压,抑制纹波电压,消除电源产生的交流噪声。
图 1 LDO在AC-DC电路中的应用各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。
为了保证蓄电池组输出恒定电压,通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器,如图 2所示。
低压差线性稳压器的功率较低,因此可以延长蓄电池的使用寿命。
同时,由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近,因此在蓄电池接近放电完毕时,仍可保证输出电压稳定。
图 2 LDO在电池供电电路中的应用众所周知,开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高,噪声较大,电压调整率等性能也较差,特别是对模拟电路供电时,将产生较大的影响。
在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器,如图 3所示,就可以实现有源滤波,而且也可大大提高输出电压的稳压精度,同时电源系统的效率也不会明显降低。
图 3 DC-DC电路中LDO的应用在某些应用中,比如无线电通信设备通常只有一足电池供电,但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压,因此必须由多只稳压器供电。
为了节省共电池的电量,通常设备不工作时,都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。
为此,要求线性稳压器具有使能控制端。
有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如图 4所示。
图 4 多路LDO供电中的应用二、原理1)定义LDO 是一种线性稳压器。
线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压,即输出电压是输入电压与晶体管或FET产生的管压降的差值。
图 5 基本原理框图所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。
2)工作原理图 6 LDO内部基本结构LDO内部电路主要由串联调整管、取样电阻、比较放大器组成。
浅谈低压差线性稳压器(LDO)的压差和功耗

浅谈低压差线性稳压器(LDO)的压差和功耗便携产品电源设计需要系统级思维,在开发由电池供电的设备时,诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品,假如电源系统设计不合理,则会影响到囫囵系统的架构、产品的特性组合、元件的挑选、软件的设计和功率分配架构等。
同样,在系统设计中,也要从节约电池能量的角度动身多加考虑。
例如现在便携产品的处理器,普通都设有几个不同的工作状态,通过一系列不同的节能模式(空闲、睡眠、深度睡眠等)可削减对电池容量的消耗。
即当用户的系统不需要最大处理能力时,处理器就会进入电源消耗较少的低功耗模式。
带有使能控制的低压差线性稳压器()是不错的挑选。
低压差线性稳压器(LDO)的结构主要包括启动、恒流源偏置单元、使能电路、调节元件、基准源、误差、反馈网络,庇护电路等,基本工作原理是这样的:系统加电,假如使能脚处于高电平常,电路开头启动,恒流源电路给囫囵电路提供偏置,基准源迅速建立,输出随着输入不断升高,当输出即将达到规定值时,由反馈网络得到的输出反馈电压也临近于基准电压值,此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号举行放大,再经调节管放大到输出,从而形成负反馈,保证了输出电压稳定在规定值上;同理假如输入电压变幻或输出变幻,这个闭环回路将使输出电压保持不变,即:VOUT=(R1+R2)/R2 * Vref产生压差的主要缘由是,在调节元件中有一个P沟道的MOS管。
当LDO 工作时MOS管道通等效为一个电阻,RDS(ON),VDROPOUT = VIN - VOUT = RDS(ON) x IOUTR.由此得出低压差线性稳压器(LDO)的一个重要特性,在输入电压大于最小工作电压和输出电压其标称值范围内,负载电流为零时,输出电压随输入电压的变幻而变幻,这就是LDO的尾随特性,待输出电压达到其标称值后不随输入而变幻,从而达到稳压的目的,这就是LDO的稳压特性。
为圣邦微的SGM2007输入电压和输出电压的曲线。
LDO低压差线性稳压器-知识总结

LDO一.LDO的基本介绍LDO是low dropout regulator, 意为低压差线性稳压器, 是相对于传统的线性稳压器来说的。
传统的线性稳压器, 如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上, 否则就不能正常工作。
但是在一些状况下, 这样的条件明显是太苛刻了, 如5v转3.3v,输入及输出的压差只有1.7v, 明显是不满意条件的。
针对这种状况, 才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO是一种线性稳压器。
线性稳压器运用在其线性区域内运行的晶体管或FET, 从应用的输入电压中减去超额的电压, 产生经过调整的输出电压。
所谓压降电压, 是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压及输出电压差额的最小值。
正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常运用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP。
这种晶体管允许饱和, 所以稳压器可以有一个特别低的压降电压, 通常为200mV左右;及之相比, 运用NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。
负输出LDO 运用NPN作为它的传递设备, 其运行模式及正输出LDO的 PNP设备类似。
更新的发展运用 MOS 功率晶体管, 它能够供应最低的压降电压。
运用功率MOS, 通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。
假如负载较小, 这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DC-DC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换), 只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器, 包括LDO。
但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思, 这有一段说明: 低压降(LDO)线性稳压器的成本低, 噪音低, 静态电流小, 这些是它的突出优点。
它须要的外接元件也很少, 通常只须要一两个旁路电容。
新的LDO 线性稳压器可达到以下指标: 输出噪声30μV, PSRR为60dB, 静态电流6μA(TI的TPS78001达到Iq=0.5uA), 电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。
ldo稳压芯片手册

ldo稳压芯片手册LDO(Low Dropout Regulator)稳压芯片是一种常见的电源管理芯片,用于提供稳定的直流电压。
以下是对LDO稳压芯片的手册介绍:一、概述LDO稳压芯片是一种低压差线性稳压器,能够在输入电压和输出电压之间产生较低的电压差,同时提供稳定的输出电压。
与开关电源相比,LDO稳压芯片具有较低的噪声和较小的纹波,因此广泛应用于各种电子设备中,如手机、平板电脑、充电器等。
二、工作原理LDO稳压芯片的工作原理是通过调整内部晶体管的导通电阻来控制输出电压。
当输入电压发生变化时,内部晶体管的导通电阻也会相应调整,从而保持输出电压的稳定。
同时,LDO稳压芯片还具有过流保护、过温保护等保护功能,以确保芯片的安全运行。
三、性能参数1.输入电压范围:LDO稳压芯片的输入电压范围通常在2-10V之间,具体范围取决于不同型号的芯片。
2.输出电压:输出电压是LDO稳压芯片的主要参数之一,可以根据不同的应用需求进行选择,常见的输出电压有1.8V、3.3V、5V等。
3.负载电流:负载电流是指LDO稳压芯片能够提供的最大输出电流,通常在几十毫安到几安培之间。
4.电压差:电压差是指LDO稳压芯片的输入电压与输出电压之间的差值,通常在0.2-1V之间。
5.噪声和纹波:LDO稳压芯片的噪声和纹波较低,可以提供较为稳定的输出电压。
四、应用场景1.手机、平板电脑等移动设备:在这些设备中,LDO稳压芯片被用于提供稳定的电源电压,以确保设备的正常运行。
2.充电器:充电器中的LDO稳压芯片用于将输入的交流电压转换为稳定的直流电压,以供电池充电使用。
3.音频设备:在音频设备中,LDO稳压芯片被用于提供稳定的电源电压,以确保音频信号的稳定传输。
4.工业控制:在工业控制系统中,LDO稳压芯片被用于提供稳定的电源电压,以确保控制系统的正常运行。
总之,LDO稳压芯片是一种重要的电源管理芯片,具有广泛的应用前景。
在实际应用中,需要根据具体需求选择合适的型号和参数,以确保系统的稳定性和可靠性。
LDODCDC基础知识

LDO的参数
• 6.线性调整率(Line Regulation) .线性调整率
线性调整率可以通过右图和右式来定义, △Vline—LDO线性调整率 Vo—LDO名义输入电压 Vmax—LDO最大输入电压 △V—LDO输入电压分别为Vo和Vmax时, 输出电压的差值 该指标反映的是输入电压变化对输出电压的 影响,该值越小,输入电压变化对输出电压 影响越小,LDO的性能越好。
Vin-
Vout-
LDO和DCDC的区别 • 1、两者的效率不同,DCDC的效率一般要高于 LDO,这是其工作原理决定的; • 2、DCDC有Boost、Buck、Boost/Buck,而LDO 只有降压型; • 3 、DCDC存在开关噪声和EMI问题,而LDO一般 不会存在该问题; • 4、LDO设计简单,只需一个输入和一个输出电容, 外围元器件少,所占PCB的面积较小,而DCDC 一般需要电感、二极管等,设计较复杂,所占 PCB的面积较大;
LDO和DCDC的区别 • 5、DCDC可以输出较大的电流,而LDO输出电流 较小; • 6、DCDC比LDO要贵。
LDO和DCDC的区别
总的来说,升压一定要用DCDC, 降压,是选择DCDC还是LDO,要在 成本,效率,噪声和性能上进行比较。
谢谢!
LDO的参数
• 9、转换效率 、
忽略静态电流(Iq),LDO的效率可用下式计算得出:
LDO的参数
• 10、功耗 、
LDO的功耗可以用下式计算: Pldo=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Iq 由静态电流引起的功耗很小,一般可以忽略不计。 LDO的功耗不能超过该LDO封装的最大功耗。 某器件封装的最大功耗可以由下式计算得出: PD(MAX) = ( TJ(MAX) − TA ) /θJA TJ(MAX):该封装的最大连续结温 TA:环境温度 θJA:结点到环境的热阻,单位是°C/W 下面是两个常用封装的最大功耗: PD(MAX) = (125°C−25°C) / (333 °C/W)= 300mW (SC-70-5) PD(MAX) = (125°C−25°C) / (250 °C/W )= 400mW (SOT-23-5)
LDO的基本原理与特点通俗易懂

LDO的基本原理与特点通俗易懂LDO(Low Drop-Out)是一种线性稳压器,它的基本原理是在输入电压高于输出电压时,通过控制功率晶体管的导通程度来维持稳定的输出电压。
LDO的特点包括低电压差、快速响应、低噪声和低漂移等。
LDO的基本原理是通过一个差分放大器、一个参考电压源和一个功率晶体管来实现稳压功能。
差分放大器的作用是将输出电压与参考电压进行比较,并将差值放大。
当差值过大时,放大器会通过控制功率晶体管的导通程度来调整输出电压,使其达到预设的参考电压。
LDO的一个重要特点是低电压差,也就是输入电压与输出电压之间的差值。
一般来说,LDO的电压差在几十毫伏到几百毫伏之间。
低电压差意味着LDO可以在输入电压接近输出电压的情况下工作,从而减少能量的浪费和热量的产生。
另一个特点是快速响应。
LDO具有快速的动态响应能力,可以迅速地调整输出电压以适应输入电压的变化。
这使得LDO在对负载要求较高的应用中,如处理器、FPGA等芯片的供电中表现出色。
LDO还具有低噪声的特点。
噪声是指电路中的随机信号,会对电路的性能产生负面影响。
LDO通过精心设计和优化电路结构,可以降低输入、输出和参考电压等位置的噪声,从而提供干净、稳定的输出电压。
此外,LDO还具有低漂移的特点。
漂移是指电路参数随着时间、温度和其他条件的变化而发生的不稳定性。
LDO通过采用特殊的电路设计和工艺技术,使得其输出电压在面对不稳定条件时能够保持较低的漂移,从而提高系统的稳定性和可靠性。
综上所述,LDO具有低电压差、快速响应、低噪声和低漂移等特点,适合于对电压稳定性要求较高的场合。
在移动设备、无线通信、传感器等领域的应用中,LDO发挥着重要作用。
随着电子技术的发展,LDO不断进化和改进,以满足日益复杂和高性能的应用需求。
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LDO一.LDO的基本介绍LDO是low dropout regulator,意为低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。
传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上,否则就不能正常工作。
但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v,显然是不满足条件的。
针对这种情况,才有了LDO类的电源转换芯片。
LDO是一种线性稳压器。
线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。
所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。
正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP。
这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为200mV左右;与之相比,使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。
负输出LDO使用NPN作为它的传递设备,其运行模式与正输出LDO的PNP设备类似。
更新的发展使用MOS 功率晶体管,它能够提供最低的压降电压。
使用功率MOS,通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON 电阻造成的。
如果负载较小,这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DC-DC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器,包括LDO。
但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思,这有一段说明:低压降(LDO)线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。
它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。
新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30μV,PSRR为60dB,静态电流6μA(TI的TPS78001达到Iq=0.5uA),电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。
LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平,主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。
P沟道MOSFET是电压驱动的,不需要电流,所以大大降低了器件本身消耗的电流;另一方面,采用PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力,输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。
由于MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。
如果输入电压和输出电压很接近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。
所以,在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。
虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用,LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长,同时噪音较低。
如果输入电压和输出电压不是很接近,就要考虑用开关型的DCDC了,因为从上面的原理可以知道,LDO的输入电流基本上是等于输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。
DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。
DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大.电流、静态电流小。
随著集成度的提高,许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。
但是,这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。
近几年来,随著半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低,体积越来越小。
由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。
例如对于3V的输入电压,利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。
其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。
另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。
有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。
总的来说,升压是一定要选DCDC的,降压,是选择DCDC还是LDO,要在成本,效率,噪声和性能上比较。
二.LDO原理分析根据调整管的工作状态,我们常把稳压电源分成两类:线性稳压电源和开关稳压电源。
此外,还有一种使用稳压管的小电源。
这里说的线性稳压电源,是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。
而在开关电源中则不一样,开关管是工作在开、关两种状态下的。
简单介绍下分类:NPN稳压管:内部用一个PNP管控制达林顿调整管。
LDO稳压管:调整管是一个PNP管。
Squasi-LDO:调整管是由一个PNP管控制一个NPN管LDO(low drop output)低压差线性稳压器LDO的工作原理是通过反馈调整MOSFET的Vsd压降以使输出电压不变。
输出电压纹波小,电流也较小,用于RF模块或音频模块等对电压要求高的电路。
特点是成本低噪音小。
缺点是效率低,输出电流小,只能用在降压的场合。
必须要注意,为了达到稳定的回路就必须使用负反馈。
下面这是LDO S-1167 Series的基本原理图。
该电路主要是由串联调整管、取样电阻、比较放大器组成。
取样电压加在比较放大器的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref相比较,两者的差值经放大器A放大后,控制串联调整管的压降,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,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。
相反,若输出电压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串联调整管回路反应速度的限制。
环路内的负反馈总是强制比较放大器调节输入两端的电压使其相等。
稳压管的另一个重要的指标就是稳定性,在我们的设计线路中常常看到在其输出端会有大大小小的电容,其作用是什么呢?下面具体分析稳压管的反馈及回路稳定性。
前面提到过三中稳压管:1.NPN稳压管例如:LM340 LM317 比较老的3端稳压管2.LDO稳压管例如:S-1167 Series3.准LDO稳压器三种稳压器的最大区别在于压降和接地引脚电流。
很明显NPN和准LDO的稳压管在调整管上稍微复杂点,所以压降也大些。
达林管的增益很高,所以只需要很小的电流就可以驱动,准LDO也是这样,IGND很小。
PNP管的放大系数一般是15-20,LDO的IGND电流能达到负载电流的7%。
NPN稳压管的最大好处就是无条件的稳定(大多数不需要加外接电容),LDO则需要在输出端加上电容,以减少回路带宽及提供些正的相位补偿。
所有的稳压器都使用负反馈回路以保持输出电压的稳定。
但反馈信号在通过回路后都有一定的增益和相位变化。
如果反馈信号相位有180度变化,负反馈就会变成正反馈,造成输出不稳定。
因此反馈信号经过整个回路的相位偏移,需要有至少20度的相位裕度,这样才能保证电路的稳定。
(相位裕度定义为回路总的相位偏移与-180度的差)。
环路的不稳定来自于相位移量,我们可以在反馈回路中通过变压器注入正弦小信号,如下图所示,Loop Gain=Va/Vb,从Vb传入交流小信号,同过回路产生相移到达Va。
这样可以计算回路增益,相位的偏移量。
(此处以LDO分析)。
可以通过网络分析仪来测量回路增益,它通过向网络回路注入低电平的正弦波,然后从直流信号扫描到使增益下降到0dB的频率来测量增益的响应。
下面以一幅波特图具体分析反馈回路的增益及相位变化情况。
概念:极点增益曲线出现-20dB/10倍频变化的点零点在增益与相位上的效果与极点相反。
极点相移=-arctan(f/fp)零点相移=arctan(f/fz)假设直流增益为80dB(10-100Hz处的增益),100到1KHz增益减少了20dB,10K-100KHz 增益减少20dB,100K-1MHz增益减少40dB(斜率有-20dB/10倍频的变化)。
图中可以看出有3个POLE,一个ZERO。
1MHz处的增益是0dB,说明1MHz的小信号在此截止,此回路的带宽就是1MHz。
从这个波特图能看出这个系统稳定么?前面说了系统是否稳定主要看相位移量,而我们只要看在0dB时的相移就可以了(图中是1MHz)。
上图中有3个极点和1个零点,前两个极点产生-180度相移,零点产生90度相移,最后一个极点在40dB到0dB处,斜率为-40dB/10倍频。
根据极点相移公式-arctan(f/fp)=-arctan(10)=-1.47,换算成角度为-84.3度。
所以总的相移为-180+90-84.3=174.2度。
前面说到相位裕度等于|-180+174.2|=5.8<20.所以此回路不稳定。
看似上面的分析比较复杂,其实是自动控制理论里面的传输函数和根迹图的概念.简单的说,一个(线形)系统是否稳定(不会产生振荡)取决于它的传输函数的极点分布.(极点的实部必须小于零),而且极点实部负数的绝对值越大,系统越稳定.我们就可以通过增加极点或是零点来调节相位裕度,从而使系统达到稳定。
调节LDO系统的稳定性,最常见的补偿方法是在系统中插入零点来取消相移和极点。
由于LDO 已经就正常运行要求了一个输出电容器,因此使用输出电容器的ESR通常就是最简单也最廉价的生成零点的方法。
等效串联电阻(ESR)是每个电容都具有的几个基本特性。
可以看为电阻和电容的串联等效电路。
输出电容的ESR在回路增益中产生一个零点,用来减少过量的负相移。
增加系统的带宽,使更稳定。
零点处的频值:Fzero = 1/(2πxCoutxESR)假设一个LDO系统在0dB时的截止频率是30kHz。
在其输出端增加输出电容为10uF,输出电容的ESR=1ohm。
则在16kHz处产生零点。
一般的LDO会由负载阻抗、输出容抗等自身产生一些极点。
图中有3个极点(具体由来就不做分析,可由网络分析仪扫描出),但有1个Ppwr在0dB之后的频段,也就是带宽之外,可以不考虑。
从上面两幅波特图的对比看出,第二张图增益曲线,当增加了输出电容后,从80dB到0dB变得更平缓些。
系统的带宽大概从40KHz增加到100KHz左右。
相位裕度也相应的增加。
那么系统对ESR又有什么要求呢?比如此例中设ESR=20ohm,则零点频率会降低到Fzero=800Hz,使系统的带宽增加到2MHz,从整个的波特图我们发现在100K到2MHz之间又多了一个极点Ppwr。
这就意味着系统又有了-90度的相移,零点就失去了其意义。
那么ESR是不是越小越好呢?设ESR=50mohm。
零点频率会降到320kHz。
不用看就知道,系统地稳定性基本没改变,因为系统的带宽就是40KHz,增加的零点频率为320KHz已经超出了带宽。
综上所述,在输出端加入输出电容是为了补偿LDO稳压器的。