线性稳压器LDO的调整率和瞬态响应

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调整率分为负载调整率和线性调整率,调整率跟瞬态响应、对地电流和效率有直接的联系。反馈环路获得的电流越大,则环路内电容充电和放电越快,环路响应越快,电路调整的越快。尽管如此,环路响应越快则越有可能使 LDO的输出产生过冲,并且不稳定性加强(相位裕度越小响应速度越快,其中相位裕度=180-相位偏移,当相位偏移为 180时,相位裕度为 0,此时负反馈变为正反馈,电路振荡)。电源芯片的数据手册中会看到这两个参数,下面分别介绍负载调整率和线性调整率。

ldo负载瞬态响应,硬件工程

负载调整率(load regulation)定义为在正常工作范围内,输出电压的变化量与负载电流变化量的比值,常用百分数表示。它表示了电路应对变化负载维持恒定输出电压的能力。下图是负载调整率的测量曲线,展示了输出电压对负载电流的响应。输出电压有三条曲线,分别对应不同的输出电容,输出电容越大曲线波动越小,因为大电容对电流变化的补偿多。图中  *ESR的电压变化是由于输出电容的等效串联电阻导致。 

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 从图中可以看到负载电流发生阶跃变化时,LDO对输出电压进行快速调整(瞬态响应),使电压回归到允许的误差范围内。但是 LDO不能做到在不同的负载情况下输出电压绝对一致。如上图 load regulation所示的误差。

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上图是实测 LP2950电源芯片的负载调整率和瞬态响应,图中可以看到负载电流跃变时输出电压有一个瞬间下降,LDO对输出调整后会产生一个过冲(高于输出电压的毛刺)。电源芯片的环路参数不同这个过冲的大小也不同。电流变化越大,过冲越大。LP2950最大输出100mA,所以电流变化 100mA看到的过冲是 LP2950的最大过冲。最大过冲 150mV,占输出的3%,不会对后级造成影响。过大的电源过冲会使后级芯片瞬间超过允许的最大电压,长期工作会造成可靠性问题。

线性调整率(line regulation)定义为在正常工作范围内,输出电压变化量跟输入电压变化量的比值。它表示了电路应对输入变化维持恒定输出电压的能力。TPS799285的实测线性调整率和瞬态响应如下

ldo负载瞬态响应,硬件工程

图中可以看到,TPS799285的线性调整率很好,输入变化 1V,输出稳定后几乎看不出变化。根据数据手册中的指标线性调整率 0.02%则输出只会变化 1V*0.02%=0.2mV。由于环路的快速响应,输出有一点过冲,过冲幅度小于 20mV,不影响后级电路。并且利用输出电容的蓄流能力可以进一步减小过冲。

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