一.壓降
LDO(低壓降穩壓器) 的典型特性便是壓降。因為它的名稱以及其縮寫由此而來。
從根本上來講,壓降它指的是正常的穩壓所需要的輸入和輸出之間的電壓差。但是,考慮到各種原因這個壓差會發生一些不可控的細微的變化。壓降對于實現高效運轉或者產生有限的電壓余量是非常重要的,下面我們對此進行詳細介紹。
壓降的介紹
壓降電壓Vdo的意思是為了實現正常的穩壓需求,我們輸入的電壓Vin必須比輸出的電壓Vout要高出一個最小壓差 Vdo。參見公式1:VIN ≥ VOUT(nom) + VDO (1)
如果輸入的電壓Vin比很低,我們的LDO,線性穩壓器將不會穩出所需輸出的電壓,這種情況時,Vout輸出電壓=輸入電壓Vin-Vdo.
我們以穩壓后輸出電壓為3.3V的降壓芯片TPS799等LDO為案例:當輸出Vout電流為200mA時,芯片TPS799的最大壓降為175mV。也就是說必須輸入電壓要大于3.375V或更高的電壓,它就不會影響降壓穩壓調節過程。
但是,當輸入電壓小于3.375V的時侯,LDO芯片TPS799將會處于壓降狀態而停止調節,如下圖所示。
如圖,雖然我們要求應該將輸出電壓Vout調節為3.3V,但是LDO芯片 TPS799 由于沒有余量電壓來保持穩壓。進而,輸出電壓便會跟隨輸入電壓來變化。
決定壓降的因素介紹
壓降主要是由低壓降穩壓器LDO架構的特性來決定,下面舉例分析。
如圖,為一個PMOS LDO降壓器,上圖為它的架構,從圖中可以看出如果要調節好輸出端電壓Vout,就必須用反饋回路來把PMOS的DS間的內阻Rds控制好。
當發現輸入電壓Vin越來越接近輸出電壓Vout時,誤差放大器便會調整PMOS的Vgs電壓,來使PMOS的導通內部更加小,進而保持穩壓。
當Vgs調整到一定程度也就是Vgs(th)達到飽和
狀態時,PMOS的內阻Rds將達到最小值,此時可以得到內阻Rds*輸出電流Iout=壓降電壓。
但是細心的你會發現還有一個辦法降低內阻Rds,那就是將輸出端Vou的值提高,可以得到Vgs進一步拉大,從而實現需求。
如圖,為一個NMOS LDO降壓器。原理基本和PMOS LDO是一樣的,反饋回路還是控制內阻Rds的大小,當輸入端Vin越接近輸出電壓Vout時,誤差放大器便會增加Vgs來降低內阻Rds,進而保持穩壓。
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