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工程師必看的MOS型LDO工作原理
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-12-21 19:12:31
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工程師必看的MOS型LDO工作原理
實(shí)際常見(jiàn)的電源應(yīng)用有DCDC和LDO兩種,與DCDC電路不同的是,LDO輸出晶體管的工作狀態(tài)是線性工作模式,并非開(kāi)關(guān)模式。
今天我們主要針對(duì)NMOS和PMOS在LDO的應(yīng)用原理來(lái)展開(kāi)講解,后續(xù)再對(duì)DCDC部分進(jìn)行深入探討。
LDO的工作原理
一般工作在線性區(qū)域的晶體管,可以把它當(dāng)作是一個(gè)壓控電流源,去控制電路并連續(xù)檢測(cè)輸出電壓,然后根據(jù)負(fù)載的需求,進(jìn)行調(diào)節(jié)電流源,確保輸出電壓能夠保持在期望的數(shù)值。
電流源的設(shè)計(jì)極限就出現(xiàn)了作用:它限定了穩(wěn)壓器在保持電壓調(diào)節(jié)作用的情況下,所能供應(yīng)的最大負(fù)載電流。
NMOS型LDO
我們來(lái)看下面這張圖:
MOS型LDO工作原理
在這個(gè)電路中,對(duì)輸入與輸出的壓差構(gòu)成限制的是,MOS管的門極與漏極之間的最小壓差。
NMOS型LDO它采用了一對(duì)電阻來(lái)采樣輸出電壓,并將其輸送到誤差放大器的輸入端,與一個(gè)基準(zhǔn)進(jìn)行比較,然后在誤差放大器中進(jìn)行放大,最后產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)來(lái)控制NMOS的門極。
(圖為NMOS負(fù)載電流流向)
MOS型LDO工作原理
在50mA和3A的負(fù)載電流下,NMOS型LDO需要的靜態(tài)電流差不多,盡管這種負(fù)載變化比較大,但靜態(tài)電流幾乎沒(méi)有太多變化。
這是因?yàn)镹MOS只用電壓信號(hào)控制即可,而電壓信號(hào)不需要消耗到誤差放大器本身的電流。
因此,靜態(tài)電流成為了NMOS型LDO最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
PMOS LDO
相比NMOS型LDO ,由于NMOS的源極和門極之間的導(dǎo)通門限,它的輸入與輸出之間的壓差必須要大于這個(gè)導(dǎo)通門限,這個(gè)壓差是很大的。這時(shí),我們就可以運(yùn)用PMOS型LDO,來(lái)減少這一部分的使能。
MOS型LDO工作原理
在PMOS里面我們需要門極電壓低于源極電壓才能讓PMOS導(dǎo)通,并且這個(gè)壓差 必須大于PMOS的導(dǎo)通門限,才能夠保證在整個(gè)范圍里,誤差放大器能夠把PMOS的門極拉到合適的電壓范圍。
由于主功率部分采用PMOS管,同樣用電壓來(lái)控制,因此,負(fù)載電流的變化,誤差放大器的靜態(tài)電流幾乎也沒(méi)有變化。
在這里我們可以看到,NMOS由于源極和門極之間這個(gè)導(dǎo)通門限,造成輸入輸出壓差大的局限因素,PMOS型LDO驅(qū)動(dòng)與它相比簡(jiǎn)單了許多。
MOS型LDO工作原理
總結(jié):
NMOS型LDO可以提供快速瞬態(tài)響應(yīng),但是需要 兩個(gè)偏置電源為器件供電。
PMOS型LDO可以實(shí)現(xiàn)壓降,并且能夠在單電源下運(yùn)行。不過(guò),在低輸入電壓下會(huì)受到傳輸晶體管VGS特性的限制,與此同時(shí),它們還不具備高性能LDO所提供的許多保護(hù)功能。
常見(jiàn)的LDO 一般由P管構(gòu)成,但LDO效率比較低,一般不走大電流應(yīng)用。在一些大電流低壓差的場(chǎng)景里,會(huì)使用N管類型的LDO。
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