1、Linear Voltage Regulator介紹Step Down ModeDT.LEE調壓器種類降壓）工頻50/60Hz變壓器AC-AC）開關電源AC-DC）開關電源DC-DC）線性調壓電源DC-DC）功能框圖調整管參考電平比較放大器ViVoR1R2反響電壓VoVref X (1R2/R1) - AMS1117,1084,1085系列VoVref X (1R1/R2) - TPS763xx系列過流保護過熱保護調整管種類達林頓NPNPNPNPNPNPPMOSPMOS+NMOS電路形式控制電路ViVoROIb調壓器工作模式可以用NPN晶體管的電流特性曲線描述如右圖）。 工作區間分為線性區和飽

2、和導通區。 正常工作時使用的是飽和導通區。等效電路VoRORiVoROIbIbu 在線性區，等效一個可變電阻u 在飽和區，等效一個受控的電流源u電流源： *Ib工作原理：正常工作區飽和調整區間） 工作點P0對應工作輸出電流為Ic2 當負載變大，輸出電流增加到Ic3時，P0移動到P2 在P2工作點的時候，如果這個時候輸入電壓Vi增大，而輸出電壓不變，Vce就會相應增大，因而，工作點由P2移動到P2 同理在P2狀態下，輸入電壓Vi減小，工作點將由P2移動到P1 如果輸入電壓進一步下降，會使得控制環路無法正常調整，輸出電壓將隨輸入電壓下降而下降。跌落區工作原理：跌落區線性調整區） 輸出電壓跌落區可以

3、定義為穩壓器的輸輸入電壓過低，使得內部調整電路無法正常工作輸出電壓隨著輸入電壓的降低而降低。 Ib1對應線性區Rj等效電阻Vce/Ic最大 Ib7對應線性區Rj等效電阻Vce/Ic最小 右圖工作點由P1移動到P2后，輸入電壓進一步降低，P2開始進入跌落區 進入跌落區后，輸入電壓進一步減小，Ib也會相應減小，工作點移動到P3 輸入電壓再進一步減小，工作點達到Pto輸出電壓關閉輸入電壓特性 右圖是輸入電壓/輸出電壓關系坐標圖（以TPS76333 3.3VLDO為例） 2.3V以下為關斷區2.3V到3.6V為跌落區 3.6V到10V為正常調節區性能參數Dropout Voltage最小工作壓差）：調

4、壓器正常工作所必須的輸入輸出之間的電壓差。它由調整管類型，拓撲結構決定。a達林頓NPN：Vdropout=Vce(sat)+2*Vbe1.62.5Vb） PNPNPN： Vdropout=Vce(sat)+Vbe0.91.3Vc） PNP： Vdropout=Vce(sat)0.150.4Vd） PMOS，PMOSNMOS： Vdropout=Io*Ron35350mV b) ,c)和d) 又稱為LDO (Low Dropout Voltage Regulator)2. Quiescent Current靜態電流）：越小越好靜態電流輸入電流輸出電流， IqIiIo靜態電流包括偏置電流，調整管驅

5、動電流（沒有流出電壓輸出管腳的部分）。 它由調整管類型，拓撲結構，溫度決定。 晶體管是電流驅動型，MOS管是電壓驅動型，MOS的Iq比晶體管小。性能參數3. 效率：越高越好 效率Io*Vo/(Io+Iq)*Vi) *100 壓差越小，效率越高 靜態電流越小，效率越高參數達林頓NPNPNPNMOSPMOS最大輸出電流Io大大大中中靜態工作電流Iq中中大小小最小壓差Vdrop1.62.50.91.30.150.40.0350.350.0350.35速度 Speed快快慢中中5種常用的調整管參數對比性能參數4. Line Regulation線性調整率）：越小越好 Line Regulation指的

6、是在相同負載，不同輸入電壓時，輸出端電壓的穩定能力。 物理公式：Vo/ Vi=(1+R2/R1)/(*ga*(Ro+Rce) :調整管的增益, ga:比較放大的增益 *ga:環路增益，提高環路增益，負載越小，調整管內阻越小，線性調整 性能越好。5. Load Regulation負載調整率）：越小越好 Load Regulation指的是在不同負載，相同輸入電壓時，輸出端電壓的穩定能力。 物理公式：Vo/ Io=(1+R2/R1)/(*ga) :調整管的增益, ga:比較放大的增益 *ga:環路增益，提高環路增益，可以提高負載調整率。 附：Line/Load Regulation測試方法： 為

7、了減小溫度影響，保證結溫恒定，測試時使用低占空比的測試信號。（ 60uS脈動周期，輸入電壓變化，輸出負載變化） 性能參數6. Thermal Regulation熱調整率）：越小越好 指在加固定輸入電壓，帶固定負載后的t通常幾十mS時間內，查看輸出電壓的變化率。測試結果扣除前60uS的Load/Line調整率。 如：測試輸入6V，負載Io=100mA, t10mS7. Temperature Stability溫度穩定度）：越小越好 指在正常工作的溫度范圍內，在固定輸入電壓，帶固定負載，輸出電壓的變化率 AMS1084：正常工作溫度結溫：0150度，穩定度0.5%8. Transient Re

8、sponse瞬態反應）：越小越好 指在輸出電流Io突變的時候，輸出電壓跳變的最大電壓值。 物理公式： Vtr,max=(Io,max* t1)/(Co+Cb)+ Vesr t1:第一個脈沖寬度 Co：輸出濾波電容 Vesr：Co的ESR產生的電壓 Cb：退耦電容 減小濾波電容ESR，增大濾波電容，減短反應時間t1，提高瞬態反應性能性能參數9. Ripple Rejection紋波抑制比）：越小越好 又稱為電源抑制比，是指輸入電壓發生變化時，輸出電壓的變化率，用dB表示。這個和前面的線性調整率有點相似。但是紋波抑制比加入了對輸入電壓變化的頻率的定義。因而，更詳細說是輸入電壓在不同按照不同頻率變化

9、時，輸出電壓的變化率。也就是說，提到紋波抑制比參數需要帶頻率參數。如：AP1122：在輸入電壓變化為120Hz時，紋波抑制比是60dB。右下圖是紋波抑制比曲線圖和線性調整率一樣提高環路增益可以提高紋波抑制性能，另外使用大容值，低ESR濾波電容也可以提高性能。使用注意輸出電容ESRTunnel of Death)： 反響：輸出電壓通過電阻分壓采樣后和內部的參考電壓一起分別送入比較放大器的”-”,”+”端，比較放大器控制調整管，保證輸出電壓穩定。為了保證器件工作穩定通常都是采用負反饋，也就是反饋信號和輸出信號在極性相差180度。而使用中由于有相位偏移存在，實際很難保證完整的180度。一個穩定的電路

10、，需要有20度的相位余量。由頻域波特圖分析外部濾波電容ESR對相位影響比較大，太大，太小都會影響器件穩定性。廠商會根據器件給出輸出濾波ESR的范圍如右圖）ESR取值范圍在0.29歐姆。此外，容值建議1000uF，容值太大容易造成上電瞬間損壞調整管。使用注意2. 反饋電阻網絡精度的影響： Vo=( R1+ R2)/(R1 R1)*Vref R1的精度對穩定的精度影響較大。3. 熱設計： aJunction temperature：內部半導體溫度 bCase temperature：器件外殼溫度 cAmbient temperature:環境溫度 dThermal Resistance：熱阻，每1

11、W功耗對應的溫升，單位/W，溫升有相對關系，比如相對于環境溫度的溫升。 eJunction to Ambient thermal Resistance( ja)：結點到環境的熱阻。和IC封裝，資料，PCB layout，空氣對流因數相關。 fJunction to Case thermal Resistance( jc)：結點到外殼熱阻，和IC封裝，材料相關。 Regulator的消耗功率Pd(Vi-Vo)*Io 器件的結溫Pd*ja+環境溫度 (Vi-Vo)*Io* ja+環境溫度 總結1穩壓器正常工作時，調整管工作在飽和導通區。2最小壓差： a達林頓NPN： Vdropout=Vce(sat)+2*Vbe1.62.5V b） PNPNPN： Vdropout=Vce(sat)+Vbe0.91.3V c） PNP： Vdropout=Vce(sat)0.150.4V d） PMOS，PMOSNMOS： Vdropout=Io*Ron35350mV2靜態電流，效率：特別是手持，使用電池的設備。3輸出電壓精度： a） Line Regulation線性調整率）：越小越好 b） Load Regul