一種輸出可調(diào)、低電壓、高穩(wěn)定性的LDO線性穩(wěn)壓器
發(fā)布時(shí)間:2019-07-12 11:30:08來源:
DC/DC變換器已廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)電子系統(tǒng)中,如移動(dòng)通信終端、便攜式電腦、PDA等。低電壓、低壓差(LowDropout,LDO)線性穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低噪聲、低功耗以小封裝和較少的外圍應(yīng)用器件等突出優(yōu)點(diǎn),在便攜式電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。
在便攜電子產(chǎn)品中,豐富的功能對(duì)功耗的要求與電池的使用時(shí)間之間的矛盾越來越突出,這就要求電源具有極高的轉(zhuǎn)換效率。LDO的電源轉(zhuǎn)換效率定義為其中U是輸出電流,V為輸出電壓,Iq為靜態(tài)工作電流,Vh為輸入電壓。要使轉(zhuǎn)換效率提高,必須降低輸入輸出壓差Vdo和靜態(tài)電流Iq的值。
LDO在功能上屬于DC/DC變換器中的降壓變壓器,在輸入電壓大于輸出電壓一定數(shù)值時(shí),LDO電路系統(tǒng)具有保證輸出電壓穩(wěn)定的特點(diǎn),從而延長便攜設(shè)備中電池的使用壽命。但是,如果在輸入電壓或者是負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí),輸出電壓值會(huì)產(chǎn)生一定的跳變。輸出電壓的跳變值將通過芯片內(nèi)部的反饋網(wǎng)絡(luò)送到誤差運(yùn)算放大器的輸入端,放大器輸出電壓控制輸出調(diào)整管以穩(wěn)定輸出電壓。
LDO可根據(jù)其輸出電流和電壓的能力進(jìn)行分類。大電流LDO具有輸出1Amp或更大的電流的能力,同時(shí)高電壓LDO的輸入電壓大于12V.一些LDO可提供可調(diào)的輸出電壓,因此也被稱為可編程LDO靜態(tài)電流和輸出壓差是設(shè)計(jì)LDO的關(guān)鍵,因此,減小輸出壓差和輸出電流是設(shè)計(jì)具有高穩(wěn)定性能LDO電路的關(guān)鍵。本文提出了一種輸出可調(diào)、低電壓、高穩(wěn)定性的LDO線性穩(wěn)壓器。
2LDO線性穩(wěn)壓器的電路設(shè)計(jì)與性能分析圖l是LDO線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)框圖,由以下幾個(gè)部分組成:電流偏置電路(Bias)、帶隙基準(zhǔn)電壓源(Vref)、誤差放大器(ErrorAmplifier)、電流限制與短路保護(hù)(Currentlimit)、調(diào)整管(PassElement)、輸出電壓選擇(Vsel)和反饋電阻(R1、R2)。
其中電流偏置電路為LDO提供低溫漂、高精度的偏置電流。
帶隙基準(zhǔn)源為誤差放大器(ErrorAmplifier)提供電壓Vref.電壓基準(zhǔn)源與穩(wěn)壓器不同,它的驅(qū)動(dòng)能力很差,需要額外的電路器件來提供輸出電流的能力。
誤差放大器將輸出反饋電壓FB與電壓Vref進(jìn)行比較,并放大其差值用來控制調(diào)整管的導(dǎo)通狀態(tài),從而得到穩(wěn)定的輸出。
調(diào)整管(PassElement)在誤差放大器的控制下提供驅(qū)動(dòng)負(fù)載的輸出電流,廣泛使用的結(jié)構(gòu)包括:NPN達(dá)林頓管(Darlington)、NPN管、PNP管、NMOS功率管和PMOS功率管。表1比較了這幾種結(jié)構(gòu)的基本特性。NMOS功率管和PMOS功率管廣泛應(yīng)用于低電壓LDO線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)中,而NPN達(dá)林頓管、NPN管和PNP管多用于高壓LDO線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)中。
由表1可看出,比較低的輸入輸出壓差Vdropout可由P1VDS功PMOS功率管柵極輸入變化,其Vsd和內(nèi)阻也隨之改變,從而可得到比較低的輸入輸出壓差。折中考慮輸入輸出壓差、靜態(tài)工作電流、輸出電流和速度,PMOS管是比較好的選擇。LDO的電路設(shè)計(jì)受調(diào)整管的大小影響很大,調(diào)整管必須足夠大以便形成較大的輸出電流和低的輸入輸出壓差。本設(shè)計(jì)中,調(diào)整管提供負(fù)載的比較大電流為反饋電阻提供反饋輸出電壓,使之與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。輸出電壓的值可由公輸出電壓此設(shè)計(jì)的一個(gè)主要特征是其輸出電壓可調(diào),通過調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)中電阻的比值可使電路在3.3V輸入下,輸出電壓從IV到2V可調(diào)輸出6種電壓(2.0V、1.8V、1.6V、1.4V、1.2V、1.0V)。
輸出電壓的選擇通過使用PMOS管作為開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。PM3S管的源極接反饋電阻的一端,漏端接地,柵極接邏輯控制電路(Logiccontrol),如所示。PMOS管柵極電壓的高低決定了晶體管是開路還是短路,從而改變了艮況2的比值。
可調(diào)反饋網(wǎng)絡(luò)在LDO設(shè)計(jì)中,使用PMOS功率管作為調(diào)整管的比較大問題是電路可能產(chǎn)生振湯。系統(tǒng)必須有足夠的相位裕度(>60°,才能保證穩(wěn)定。比較普遍的方法是在系統(tǒng)中引入一個(gè)零點(diǎn),抵消由極點(diǎn)引起的相移和增益下降。系統(tǒng)有兩個(gè)極點(diǎn),一個(gè)來自穩(wěn)壓器的控制環(huán)路,另一個(gè)來自調(diào)整管。然而,負(fù)載可引入另外一對(duì)零極點(diǎn),其中極點(diǎn)依賴于系統(tǒng)的增益,在反饋路徑上形成一個(gè)相位移動(dòng),從而引起使系統(tǒng)不穩(wěn)定的振蕩。
為了穩(wěn)定系統(tǒng),必須有輸出電容Cb.利用輸出電容的寄生等效電阻(ESR)和外接等效串聯(lián)電阻(ESR)來產(chǎn)生零點(diǎn),因而必須適當(dāng)?shù)倪x擇等效串聯(lián)電阻(ESR)的阻值,從而適當(dāng)選擇引入的零點(diǎn)來減少或消除相對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)。采用電路對(duì)誤差放大器進(jìn)行仿真。
誤差放大器相位裕度圖對(duì)大多數(shù)LDO穩(wěn)壓器來說,ESR存在比較大值和比較小值。超出一定范圍的ESR阻值會(huì)引起環(huán)路的不穩(wěn)定性。表示了ESR阻值和相位裕度的關(guān)系。
低電壓LDO穩(wěn)壓器采用Cadence公司軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的比較顯示了該LDO穩(wěn)壓器連接不同負(fù)載時(shí)的輸出電壓情況,Vin=3.3V,Iload從0變化到100mA,LDO輸出電壓變化典型值僅為5mV.當(dāng)負(fù)載連接到穩(wěn)壓器上,系統(tǒng)為了保持輸出電壓不變,將試圖穩(wěn)定輸出電壓,這就需要一定的時(shí)間來達(dá)到這個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài),這個(gè)時(shí)間被稱為系統(tǒng)的建立時(shí)間。負(fù)載調(diào)整率表示了當(dāng)負(fù)載發(fā)生LDO負(fù)載調(diào)整能力另一種調(diào)整率是線性調(diào)整率,表示當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)保持輸出電壓穩(wěn)定的能力,如所示,輸入電壓從2V到3V變化,該穩(wěn)壓器線性調(diào)整的典型值約為0.7mV.本文設(shè)計(jì)了一種低電壓、高穩(wěn)定性的低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器,可輸出6種可調(diào)電壓。它具有小的靜態(tài)電流、良好的線性調(diào)整和負(fù)載調(diào)整能力。該穩(wěn)壓器的線性調(diào)整和負(fù)載調(diào)整的典型值分別為0.7mV和5mV;輸出的比較大電流為90mA;其輸出壓差在90mA輸出電流,1.8V輸出電壓下為170mV.(下轉(zhuǎn)第1689頁)文件>對(duì)話框里,點(diǎn)擊右邊圖標(biāo)f,選擇要存放的目標(biāo)盤及文件夾并取目標(biāo)文件名。
在菜單Split(分割)的界面下,在Startingat(從開始)對(duì)話框里,輸入文件分割開始的數(shù)字,數(shù)字以bytes(字節(jié))為單位,因此,需要把視頻文件換算成以字節(jié)單位的形式,可以通過文件播放時(shí)間和字節(jié)之比進(jìn)行換算。
(拷貝大小)對(duì)話框里,輸入文件分割結(jié)束的數(shù)字,界面右下腳圖標(biāo)由虛擬變?yōu)閷?shí)體STARTPROCESS面,視頻文件分割開始進(jìn)行,從0開始到100%結(jié)束,非常直觀而且迅速。Destinationfile界面消失后,目標(biāo)文件成功生成。
需要說明的是,因?yàn)橐曨l文件切割是通過文件播放時(shí)間和字節(jié)之比進(jìn)行換算,不能換算成一一對(duì)應(yīng)成字節(jié)。而且在分割文件輸入字節(jié)時(shí),基本單元為10個(gè)字節(jié)。所以切割文件不能做到非常精確的每一幀,但對(duì)于非專業(yè)和方便使用而言,這點(diǎn)缺憾可以忽略。
3.3Vob格式文件和MPEG格式文件的合并分割后的視頻文件的合成,可以用VOBMerger軟件。但這個(gè)軟件不能合并太大的文件,無法多個(gè)文件合并,一次只能兩個(gè)VOB文件合并。
合并時(shí),注意添加的VOB文件的順序。
安裝打開軟件后,出現(xiàn)下列窗口。
點(diǎn)擊Addfile(s)(增加文件)圖標(biāo),依次選擇要合并的視頻文件,按前后順序添加排列。點(diǎn)擊Destinationfile:(目標(biāo)文件)對(duì)話框右邊的圖標(biāo),選擇要存放的選擇目標(biāo)盤及文件夾并取目標(biāo)文件名。點(diǎn)擊Mferge(合并)圖標(biāo),出現(xiàn)下列畫面Merging,合并開始。合并完成后,出現(xiàn)Success畫面,提示MergesuccessfUl(合并成功),視頻文件合并完成。
如果合并后的VOB文件大于4G,那么你只能在NTFS分區(qū)上使用,因?yàn)镕AT32分區(qū)不允許單個(gè)文件大于4G.在FAT32分區(qū)采編是如果視頻文件大于4G時(shí),她會(huì)自動(dòng)生成兩個(gè)小于4G的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的文件。
裁剪VCD的DAT文件,生成MPEG格式的視頻文件,同樣可用FileMferger軟件合并。
通過上述的幾款綠色小軟件的運(yùn)用,可使不具備專業(yè)非線性編輯硬件配置的的教師使用常規(guī)的電腦輕松地按自己的教學(xué)要求分割和合并需要的視頻文件。