【设计】宽范围输入线性稳压器
[1]黄月娥. 宽输入输出超低静态电流高PSRR LDO的设计研究[D].西安电子科技大学,2014.
设计一款新型的宽输入宽输出的LDO线性稳压器，其输入电压范围是2.8V～24V，有两种电压输出方式，一种是输出电压固定，有1.5V、1.8V、2.5V、2.7V、3V、3.3V、5V七个输出电压值；另一种是1.24V～20V连续可调输出电压。芯片在150mA的负载条件下，漏失电压仅为310mV，低的漏失电压保证芯片具有较高的效率；当负载为150mA时，在1KHz处具有70dB的电源抑制比，高的电源抑制比保证芯片受电源扰动和噪声影响较小；芯片静态电流可低至18A，超低的静态电流使得芯片具有较长的待机时间和极低的静态功耗；
[1]林国伟. 高精度LDO设计及仿真[D].电子科技大学,2016.
国外LDO（Low Dropout Regulator）产品的精度一般是±2%或±1%,国产的精度一般是±2%,相比于国外产品,国产LDO精度相对较低。
本文是基于华润上华（CSMC:Central Semiconductor Manufacturing Corporation）0.5μm CMOS工艺,设计一款精度为±1%,输入电压范围3.3V-6V,输出电压为3V,工作温度-40℃+85℃,电源纹波抑制比65d B@10k Hz,最大输出电流150m A,静态电流50μA,待机电流小于0.1μA的LDO。
本次主要任务是设计高精度低压差线性稳压器,经过查阅相关的文献资料提高电压精度的方法主要是提高基准电压源精度和误差放大器增益。提高基准电压源精度主要是降低温度对其带来的影响,在设计中采用了耗尽增强型电压基准来屏蔽温度对基准电压源带来的影响,设计了受温度影响极小的高稳定性电压基准。
为提高误差放大器增益,设计的误差放大器采用了共源共栅两级放大器。为提高在大电流下低压差线性稳压器的稳定性,设计中采用大尺寸的PMOS作为调整管,降低了调整管的导通电阻。为了降低待机功耗在LDO中加入了使能模块,在待机模式下除使能模块工作外,其他模块全部被关闭,以达到降低待机电流的目的。
别外还设计了限流电路模块,当LDO发生超载或短路时,对LDO起到保护的作用。最终设计的LDO由使能模块、基准电压源、误差放大器、调整管、偏置电压模块、反馈电阻网络和限流电路模块构成。经过仿真本次设计的LDO输入电压范围3.3V6V,输出电压为3V,工作温度-40℃+85℃,电源纹波抑制比69d B@10k Hz,最大输出电流可达300m A,静态电流50μA,待机电流小于2n A,漏失电压为0.29V@300m A,线性调整率为0.122%/V,精度为±0.9%,达到了设计指标的要求。
虽然达到了设计指标的要求,但是仍有需要改进的地方。由于在设计中主要追求设计指标,对其他参数的考虑欠佳,像线性调整率等参数都有待提高。
[3][1]刘帅. 宽输入大电流快速响应的LDO线性稳压器的研究与设计[D].西安电子科技大学,2018.
输入电压为2.5V-20V,可调输出电压为0.8V-20V,最大带载电流为3A。
本文结合当今线性稳压器的研究趋势与热点,在总结前人的研究内容后设计了一款宽输入大电流快速响应的LDO线性稳压器。输入电压为2.5V-20V,可调输出电压为0.8V-20V,最大带载电流为3A。单电源供电下选用PMOS调整管来实现低漏失电压,在负载3A下的漏失电压为158mV,低漏失电压有效提高了LDO线性稳压器的效率。同时设计了预调制电路产生Vdd为多个模块电路供电,实现了系统的低功耗。之后采用电平转移电路实现电压转化,将产生的高电平信号传送到误差放大器中。采用折叠式两级运算放大器作为误差放大器实现环路的高增益,同时改善了LDO的性能指标,实现了0.13%/A的负载调整率和0.003%/V的线性调整率。运用密勒电阻电容补偿使环路产生两个极点一个零点,保证了LDO在全负载范围内的稳定性。
设计了一种新型过流保护电路,实现与输入输出压差负相关的可变限流点,当输入输出压差大于8V后,限流点从3.8A下降到高压下的0.8A,降低了高输入电压下的系统功耗,避免调整管受高温损坏。
系统的各个仿真结果均满足设计指标。此外还加入瞬态增强电路,当负载发生跳变时,主环路来不及响应,通过加入小环路将反馈电压与基准电压比较后来调节调整管的栅极电压,从而改变调整管上的电流,减小了输出电压跳变量同时缩短了响应时间。为保证系统的正常工作,还加入了过温保护电路和低压锁定电路。
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