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2024-01-23
今天,我们将重点谈谈低压降稳压器 (LDO) 参数和电源抑制比 (PSRR) 特性,以及它如何受到应用的条件影响。 PSRR 描述 LDO 抑制输入源纹波电压的能力,可用以下公式表示:
PSRR 曲线的一个例子如图1所示我们可把此图分成两个区域第一个区域标记为 LDO 有源区域,涵盖 LDO 作为有源纹波抑制器工作的频率范围这代表控制回路能够通过一个过渡器件 (pass device) 补偿输入纹波,并保持稳定的输出电压。
实际上,它的形状几乎与运算放大器的增益特性相同它是线性升高的,直到控制回路不能将增益保持在期望的水平在理想世界中,如果没有任何输出电容,增益就会降低,直到等于1为止这一点被称为过渡频率在现实世界中,一个 LDO 需要一些输出电容来稳定。
它的阻抗与寄生阻抗共同构成滤波器,有助于改善高频 PSRR 特性
图1 简化的 PSRR 频率区域图 另一个区域 (COUT +PCB寄生区),LDO 不通过控制回路抑制输入电压纹波,只有一个输出级阻抗 LDO 的 PSRR 性能不仅受到稳压回路性能的影响,而且还受到一些关键内部控制电路性能的影响。
电源产生的电压纹波通过各种内部块,影响输出性能图2显示了基本的 LDO 框图和输入电压纹波影响输出电压的可能方式
图2 简化的 LDO 框图 第一条重要路径是内部电压基准块它为误差放大器和其他 LDO 块生成稳定和干净的参考电压当任何纹波电压通过基准块到输出时,误差放大器将这不想要的电压纹波复制到 LDO 输出。
这是不想要的行为,因此基准电压块应尽可能干净,以获得好的 PSRR 第二条敏感路径是误差放大器电源无论参考电压的稳定性如何,如果误差放大器没有干净的电源电压,结果将是不准确的耦合电压纹波会影响放大器的增益稳定性和频率补偿,导致输出电压扰动,降低 PSRR。
第三条路径是通过过渡器件 (pass device) 耦合到输出端通过对稳压器进行适当的补偿,减小纹波这是输出电压纹波的主要原因,设计良好的 LDO 应该能够在低频和中频区域抑制这纹波 LDO 的 PSRR 性能也受外部应用条件的影响。
最重要的因素是负载电流、输出电容和电压余量让我们更进一步看看这每一条路径 图3显示了稳压器负载电流的影响。我们可看到,在高频范围内,更高的电流会使 PSRR 更差.
图3 输出曲线对比 PSRR-NCP163 图4显示了输出电容的选择如何影响 PSRR我们可看到,在高频区域,更高的电容大大提高了 PSRR这证实了我们以前的理论,输出阻抗和 PCB 寄生阻抗形成一个LC滤波器,以保持较高的 PSRR。
当 LDO 用作后 DC-DC 稳压器时,它对调节 PSRR 很有用经验丰富的工程师可以移动 PSRR 峰值,以准确匹配变换器的开关频率应保持允许的最大 COUT 值
图4 输出电容值对比 PSRR – NCP163 在图5中,我们可看到经常被忽略的电压余量参数及其对 PSRR 的影响电压余量是指 VIN-VOUT 之间的电压差,不能与 LDO 压降混淆在下面的例子中,NCP 163 提供了非常低的压降,因此可以使用非常小的电压余量来实现相当好的 PSRR 性能。
我们可看到,100毫伏的电压余量足以实现可靠的功能,但每增加1毫伏就显着改善 PSRR最终回报会递减,没有必要使用高于300 mV的电压余量
图5 电压余量对比 PSRR – NCP163 了解 PSRR 以及输入电压纹波如何耦合到 LDO 结构中并影响其性能对于 LDO 性能非常重要我们的下一篇博客将谈谈 PSRR 值在实际应用中的意义。
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