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大電流線性電源(LDO)原理的超詳細解讀

硬件工程師看海 ? 2021-07-19 10:56 ? 次閱讀

原文來自公眾號:硬件工程師看海

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添加微信[chunhou0820]獲取LDO仿真文件

上一篇文章介紹了PMOS結構線性電源的基本工作原理,今天結合仿真介紹大電流LDO使用的NMOS 架構基本工作原理,以及其他一些重要的LDO參數,包括PSRR、Dropout Voltage等。

  1. NMOS LDO工作簡介

下圖是一個NMOS LDO的基本框圖,NMOS LDO一般也工作在飽和區(特殊時會在可變電阻區),所以Vg要大于Vs,因此NMOS LDO除了有Vin引腳,一般還會有個Vbias引腳來給MOS G極提供高壓驅動源;或者只有一個Vin,而內部集成了CHARGE BUMP來為G極提供高壓驅動源。大體工作流程同PMOS LDO:當Vout下降時,反饋回路中的Vfb也會下降,誤差放大器輸出端Vg就會增加,隨著Vg增加,Ids電流也增加,最終使得Vout又恢復到原始電平,狀態如下

Vout↓——>Vfb↓——>Vg↑——Iout↑——>Vout↑

2. NMOS LDO詳細工作原理

下圖是某NMOS輸出特性曲線,讓我們結合上圖和下圖分析,當Vout下降,Vin不變,則Vds=Vin-Vout,Vds增加,MOS工作點由A轉移到B;緊接著反饋回路開始工作,Vfb電壓減小,經過誤差放大器后,Vg增加,那么Vgs=Vg-Vs,Vgs也增加,從下圖可以看到,隨著Vgs增加,MOS的電流Id逐漸上升,進而使得Vout逐漸升高,MOS工作點由B轉移到C,LDO又回到原始工作電平。

3. NMOS LDO仿真結果

下圖是簡單的5V轉3.0V的NMOS LDO仿真圖以及仿真波形結果,橙色曲線是電壓,綠色曲線是電流,隨著負載端滑動變阻器R4的變化,負載電流也在變,而輸出電壓基本穩定在3.0V。

大電流線性電源(LDO)原理的超詳細解讀

4. LDO 輸出電容你知道多少?

考慮到系統的穩定性,LDO的輸出電容原則上是要加的,但是如果對于成本有極致的考慮,在滿足一定要求時,這個電容其實是可以刪除的。

5. Dropout voltage

上文分析了PMOS LDO工作在恒流區(飽和區),DS之間有一定的壓差,此壓差常稱為dropout voltage(Vdo),所以LDO若想穩定工作在飽和區,輸入輸出之間滿足一定的壓差,應用中通??梢钥紤]在spec中預留25%的余量。比如下圖中在Iout=150mA時,不同Vout對應的Vdo也不同。

大電流線性電源(LDO)原理的超詳細解讀

6. 效率

效率此處不過多討論,LDO自身消耗的功率約等于壓差*電流,因此相同負載電流下,壓差越大,LDO功耗越高,所以壓差稍微低一些,有利于提高效率。

7. PSRR

LDO重要參數之一也是巨大優點之一便是紋波小,即PSRR好,PSRR是電源抑制比,是LDO對輸入電源紋波的抑制程度,PSRR的絕對值越大越好??碢SRR曲線有個轉折點,左邊為LDO自身起主導作用,右邊為輸出電容起主導作用,PSRR性能好的LDO左邊的曲線會更高,加大輸出電容,右邊的曲線會升高。

LDO的基本原理與介紹可以告一段落了,而其內部實際工作情況是非常復雜的,本文只起引導作用,希望能引起大家的共鳴或排解一些疑惑,歡迎關注我的公眾號:硬件工程師看海。里面會定期更新鮮的內容。

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xuzhien
這個跟串聯型穩壓電路一樣

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LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低壓差穩壓器

oelectronics LDO40L低壓差穩壓器是一款400mA、38V LDO,非常適合用于嚴苛的汽車環境。LDO40L穩壓器的靜態電流低至45uA,因此適合用于永久連接電池電源的應用。當點火開關關閉時且電子模塊保持活動模式時,此特性尤其重要。 LDO40L具有各種嵌入式保護功能,包括電流限制和熱關斷。另外,LDO40L還具有-0.3V至40V輸入電壓范圍、低壓差以及低靜態電流等特性,因此適合用于低功耗工業和消費類應用。 LDO40L低壓差穩壓器符合汽車應用類AEC-Q100標準,采用帶可濕性側翼的緊湊型DFN-6 (3x3) 封裝。 特性 符合AEC-Q100標準(1級) 低靜態電流:45µA(無負載時的典型值) 高達38V的寬輸入工作電壓范圍 低啟動電壓:3.5V 輸出電流:高達400mA 輸出電壓選項: 可調電壓:最低2.5V 固定電壓:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 輸出電壓精度: ±1%(25°C時的典型值) ±3%(包括線路...
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LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低壓差穩壓器

M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

oelectronics M95M04 4MB串行EEPROM組織為524288 x8位,通過SPI總線訪問。這些EEPROM的電源電壓范圍為1.8V至5.5V,保證工作溫度范圍為-40°C至85°C。這些串行EEPROM具有512字節識別頁面,用于存儲敏感的應用參數,這些參數可永久鎖定在只讀模式下。 特性 兼容SPI總線 存儲器陣列: 4mbeeprom 512字節頁面大小 額外識別頁面 增強ESD保護 封裝: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 規范 寫入時間: 5ms內字節寫入 5ms內頁面寫入 最高時鐘頻率:10MHz 單電源電壓:1.8V至5.5V 工作溫度范圍:-40°C至85°C 超過4百萬次寫入循環 數據保留超過40年 功...
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M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相機電源保護IC

Integrated MAX2008x相機電源保護IC是雙路/四路相機保護器IC,可為四個輸出通道中的每一個提供高達600mA負載電流。這些IC采用3V至5.5V電源供電,相機電源電壓范圍為3V至15V,在300mA時輸入至輸出電壓降為110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能輸入和IC接口,用于讀取器件的診斷狀態。該IC設有板載ADC,可通過每個開關讀取電流。MAX2008x相機電源IC包括分別在每個輸出通道上的過熱關斷和過流限制。該電源保護IC的理想應用是雷達和相機模塊同軸電纜供電。 特性 小尺寸解決方案: 多達四個600mA保護開關 輸入電源:3V至15V 3V至5.5V服務電源 26V電池短路隔離 可調電流限制:100mA至600mA 可選I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引腳SWTQFN封裝 精度: 電流限制精度:±8% 0.5ms軟啟動 0.25ms軟關斷 關斷電流:0.3μA 壓降:110m...
發表于 10-21 10:50 ? 177次 閱讀
MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相機電源保護IC

MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635電源模塊

Integrated MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635電源模塊是一系列穩壓器IC和電源模塊。這些器件實現散熱更好、尺寸更小且更加簡單的電源解決方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、補償元件和電感器,可在寬輸入電壓范圍內工作。該模塊在4.5V至36V輸入范圍內工作,可提供高達2A輸出電流。 特性 簡單易用 寬輸入范圍:4.5V至36V 0.9V至12V可調輸出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定輸出電壓版本 (MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可調頻率,可實現與外部時鐘同步 反饋精度:±1.2% 輸出電流:高達2A 內部補償 陶瓷電容器 高效率 可選的PWM、PFM或DCM工作模式 關斷電流:低至2.8μA(典型值) 靈活的設計 可編程軟啟動和預偏置啟動 ...
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MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635電源模塊

MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632電源模塊

Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜馬拉雅uSLIC™降壓電源模塊可用來設計散熱更好、尺寸更小、更加簡單的電源解決方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降壓型DC-DC模塊,具有集成控制器、MOSFET、補償元件和電感器,可在寬輸入電壓范圍內運行。 該電源模塊的工作電壓范圍為4.5V至36V,可提供高達1A的輸出電流。MAXM17630和MAXM17631模塊分別具有3.3V和5V固定輸出電壓。MAXM17632模塊具有可調輸出電壓(0.9V至12V)。該器件提供真正的即插即用電源解決方案,大大降低了設計復雜性和制造風險,縮短了上市時間。內部補償覆蓋整個輸出電壓范圍,因此無需外部補償元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632電源模塊采用峰值電流模式控制架構,可在脈寬調制 (PWM) 、脈頻調制 (PFM) 或斷續導通模式 (DCM) 下工作,從而在輕負載條件下實現高效率。該模塊系列在-40°C至+125°C范圍內的反饋電壓調節精度為±1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632電源模塊采用緊湊的薄型16引腳3mmx3mmx1.75mm uSLIC封裝,且可提供仿真模...
發表于 10-21 09:59 ? 110次 閱讀
MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632電源模塊

NCV8165 LDO穩壓器 500 mA 低壓差 超低Iq 超高PSRR 超低噪聲

5是一款LDO(低壓降穩壓器),能夠提供500 mA輸出電流。 NCV8165器件旨在滿足RF和模擬電路的要求,具有低噪聲,高PSRR,低靜態電流和非常好的負載/線路瞬態。該器件設計用于1μF輸入和1μF輸出陶瓷電容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封裝。 類似產品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 輸出電流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 優勢 超高PSRR在1 kHz時為85dB,在100 kHz時為63dB 非常適用于Wi-Fi模塊等功耗敏感設備 超低輸出噪聲8.5μV RMS 非常好適用于噪聲敏感應用 超低靜態電流12μA 在輕載條件下提高效率 工作輸入電壓范圍1.9V至5.5V 適用于電池供電設備 極低壓差200mV,500mA 滿載時的低功耗 應用 終端產品 A / D和D / A轉換器電源 音頻編解碼器 電池供電設備 相機模塊 RF模塊 WiGig電源 LP5907或LP5912升級 汽車設備點負載調節 信息娛樂,車身控制和導航 遠...
發表于 07-29 22:02 ? 398次 閱讀
NCV8165 LDO穩壓器 500 mA 低壓差 超低Iq 超高PSRR 超低噪聲

NCP139 LDO穩壓器 1 A 超低壓降 帶偏置軌

是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和獨立的偏置電源電壓(VBIAS)。該器件提供非常穩定,精確的輸出電壓和低噪聲,適用于空間受限,噪聲敏感的應用。為了優化電池供電的便攜式應用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage經過優化,適用于空間受限的應用。 類似產品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 輸出電流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td> 60 壓差電壓(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 優勢 超低壓降典型的。 40mV 允許節省功率并以非常低的Vin-Vout電壓工作。 可調電壓版本 低壓Vcore應用的最佳選擇 在1 A負載下典型的50 mV壓降。 最大限度地減少調節器的功率損失 保證輸出電流從0到1 非常好的選擇用于高電流應用 0.5%典型輸出電壓精度 非常適合POL應用 輸出超過1 A的電流 輸出有效可用的放電選項 應用 終端產品 電池供電和便攜式設備 智能手機,...
發表于 07-29 22:02 ? 440次 閱讀
NCP139 LDO穩壓器 1 A 超低壓降 帶偏置軌

NCP161 LDO穩壓器 450 mA 超高PSRR 超低噪聲

是一款線性穩壓器,能夠提供450 mA輸出電流。 NCP161器件旨在滿足RF和模擬電路的要求,可提供低噪聲,高PSRR,低靜態電流和非常好的負載/線路瞬態。該器件設計用于1μF輸入和1μF輸出陶瓷電容。它有兩種厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片級封裝(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封裝。 類似產品:
發表于 07-29 21:02 ? 349次 閱讀
NCP161 LDO穩壓器 450 mA 超高PSRR 超低噪聲

LV5768V-A 降壓穩壓器 開關 1通道

V-A是一個1通道降壓型開關穩壓器。 特性 優勢 不受負載影響的軟啟動電路。 電源電路穩定運行。 頻率FOLD BACK為負時下垂。 過流保護 內置逐脈沖OCP電路。通過使用外部MOS的導通電阻來檢測。 過流保護 開啟/關閉功能(啟用控制) 可在外部啟用控制 同步整流的1通道降壓型開關穩壓控制器方法 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 07-29 21:02 ? 464次 閱讀
LV5768V-A 降壓穩壓器 開關 1通道

NCP81274 具有省電模式和PWM VID接口的多相同步降壓控制器

74是一款多相同步控制器,針對新一代計算和圖形處理器進行了優化。該器件能夠驅動多達8個相位,并集成差分電壓和相電流檢測,自適應電壓定位和PWM_VID接口,為計算機或圖形控制器提供精確調節的電源。集成的省電接口(PSI)允許處理器將控制器設置為三種模式之一,即所有相位接通,動態相位脫落或固定低相位計數模式,以在輕載條件下獲得高效率。雙邊沿PWM多相架構可確??焖偎矐B響應和良好的動態電流平衡。 應用 終端產品 GPU和CPU電源 圖形卡的電源管理 臺式電腦 筆記本電腦 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-29 20:02 ? 262次 閱讀
NCP81274 具有省電模式和PWM VID接口的多相同步降壓控制器

NCP81276 具有省電模式和PWM VID接口的多相同步降壓控制器

76是一款多相同步控制器,針對新一代計算和圖形處理器進行了優化。該器件能夠驅動多達4個相位,并集成差分電壓和相電流檢測,自適應電壓定位和PWM_VID接口,為計算機或圖形控制器提供精確調節的電源。集成的省電接口(PSI)允許處理器將控制器設置為三種模式之一,即所有相位開啟,動態相位脫落或固定低相位計數模式,以在輕載條件下獲得高效率。雙邊沿PWM多相架構可確??焖偎矐B響應和良好的動態電流平衡。 應用 終端產品 GPU和CPU電源 圖形卡電源管理 臺式電腦 筆記本電腦 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-29 20:02 ? 293次 閱讀
NCP81276 具有省電模式和PWM VID接口的多相同步降壓控制器

LV5749NV 降壓穩壓器 開關 1通道

NV是單通道降壓型開關穩壓器。 特性 與負載無關的軟啟動電路 ON / OFF功能 集成脈沖脈沖過流保護 電流模式控制 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 07-29 19:02 ? 215次 閱讀
LV5749NV 降壓穩壓器 開關 1通道

LV5725JA 降壓轉換器 DC-DC 1通道

JA是一個降壓電壓開關穩壓器。 特性 優勢 寬輸入動態范圍:4.5V至50V 可在任何地方使用 內置過流逐脈沖保護電路,通過外部MOSFET的導通電阻檢測,以及HICCUP方法的過流保護 燒傷保護 熱關閉 熱保護 負載獨立軟啟動電路 控制沖擊電流 外部信號的同步操作 它可以改善發生兩個穩壓器IC之間的振蕩器時鐘節拍 電源正常功能 穩定性操作 外部電壓為輸出電壓高時可用 應用 降壓方式開關穩壓器 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-29 19:02 ? 307次 閱讀
LV5725JA 降壓轉換器 DC-DC 1通道

NCP81038 具有自動省電模式和內置LDO的同步降壓控制器

38是一款雙同步降壓控制器,經過優化,可將電池電壓或適配器電壓轉換為臺式機和筆記本電腦系統所需的多個電源軌。 NCP81038包括兩個降壓開關控制器,通道2上固定5.0 V輸出,通道1上3.3 V,兩個板載LDO,三個輸出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬態響應并提供電力信號。安森美半導體專有的自適應紋波可控制器從CCM到DCM的無縫過渡,其中轉換器運行時降低了開關頻率,在輕載時具有更高的效率。該器件的工作電源電壓范圍為5.5 V至28 V 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-29 18:02 ? 439次 閱讀
NCP81038 具有自動省電模式和內置LDO的同步降壓控制器

NCP81148 具有自動省電模式和內置LDO的同步降壓控制器

48是一款雙同步降壓控制器,經過優化,可將電池電壓或適配器電壓轉換為臺式機和筆記本電腦系統所需的多個電源軌。 NCP81148由兩個降壓開關控制器組成,通道2上固定5.0 V輸出,通道1上為3.3 V,兩個板載LDO具有三個輸出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬態響應并提供電力商品信號。安森美半導體專有的自適應紋波可控制器從CCM到DCM的無縫過渡,其中轉換器運行時降低了開關頻率,在輕載時具有更高的效率。該器件的工作電源電壓范圍為5.5 V至28 V. 電路圖、引腳圖和封裝圖...
發表于 07-29 18:02 ? 142次 閱讀
NCP81148 具有自動省電模式和內置LDO的同步降壓控制器

NCP4200 具有I2C接口的多相同步降壓轉換器

0是一款集成電源控制IC,具有I 2 C接口。它結合了高效,多相,同步降壓開關穩壓控制器和I 2 C接口,可實現關鍵系統參數的數字編程。 特性 優勢 I 2 C 啟用關鍵系統參數的數字化編程 快速增強型PWM彈性模式架構 出色的負載瞬態性能 應用 終端產品 CPU Vcor??e 游戲,桌面,服務器 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 07-29 18:02 ? 296次 閱讀
NCP4200 具有I2C接口的多相同步降壓轉換器

NCP4208 同步降壓轉換器 8相 VR11.1可編程 帶I2C接口

8是一款集成電源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降壓開關穩壓控制器,可幫助設計高效率和高密度解決方案。 NCP4208可編程為1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允許構建多達8個互補降壓開關級。 特性 優勢 快速增強PWM 出色的負載轉換性能 應用 終端產品 CPU Vcor??e 臺式電腦,服務器 電路圖、引腳圖和封裝圖
發表于 07-29 17:02 ? 228次 閱讀
NCP4208 同步降壓轉換器 8相 VR11.1可編程 帶I2C接口
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