工程師必須知道的PMOS?LDO工作原理

時(shí)間：2021-10-11 14:09:43

關(guān)鍵字： LDO MOS 工程師

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[導(dǎo)讀]▼關(guān)注公眾號(hào)：工程師看海▼無論什么電子產(chǎn)品，都必須用到電源，在移動(dòng)端消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，常用的有DCDC電源和LDO電源兩種，DCDC的優(yōu)點(diǎn)是效率高，但是噪聲大；LDO正相反，它是效率低，噪聲小。今天我們來介紹下LDO的基本工作原理，仿真一個(gè)簡單的LDO模型，都是滿滿的干貨。加微信...

▼關(guān)注公眾號(hào)：工程師看海▼

工程師世界500強(qiáng) 專注于硬件設(shè)計(jì)分享" data-from="0">無論什么電子產(chǎn)品，都必須用到電源，在移動(dòng)端消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，常用的有DCDC電源和LDO電源兩種，DCDC的優(yōu)點(diǎn)是效率高，但是噪聲大；LDO正相反，它是效率低，噪聲小。

今天我們來介紹下LDO的基本工作原理，仿真一個(gè)簡單的LDO模型，都是滿滿的干貨。

加微信「chunhou0820」獲?。?/span>ldo仿真文件

1. LDO分類

常見的LDO是由P管構(gòu)成的，LDO效率比較低，因此一般不會(huì)走大電流。針對(duì)某些大電流低壓差需求的場合，N管LDO應(yīng)運(yùn)而生。下圖是PMOS和NMOS LDO的系統(tǒng)框圖對(duì)比。我們暫且忽略系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，把目光集中到LDO調(diào)節(jié)穩(wěn)定的工作過程，下面我們就先看下PMOS LDO的基本工作流程。

2. LDO工作流程

當(dāng)Vout由于負(fù)載變化或其他原因電壓下降時(shí)，兩個(gè)串聯(lián)分壓電阻兩端的電壓也會(huì)下降，進(jìn)而A點(diǎn)電壓下降，A點(diǎn)的電位和Vref電位相比較，誤差放大器會(huì)減小它的輸出，使得G電位下降，Vs電壓不變，進(jìn)而使得|Vgs|的壓差增加（我們用Vgs和Vds的絕對(duì)值描述PMOS更直觀），輸出電流Isd會(huì)增加，輸出電流Isd增加就會(huì)使得Vout上升，完成一次反饋控制，使得Vout又回到正常電位。

總結(jié)過程如下：

Vout↓——>Va↓——>Vg↓——Iout↑——>Vout↑

3. PMOS驅(qū)動(dòng)

下圖是PMOS的輸出特性曲線，是PMOS本身的一個(gè)特性，根據(jù)G、D、S電壓不同，MOS會(huì)工作在不同的區(qū)域，即可變電阻區(qū)、飽和區(qū)(恒流區(qū))、截至區(qū)。LDO中的MOS是工作在恒流區(qū)的。

順著下圖綠色箭頭指示方向|Vgs|逐漸上升，Ids跟著|Vgs|上升而上升，而這段區(qū)域內(nèi)不管Vds怎么變Id基本不變，換句話說，恒流區(qū)內(nèi)，Ids受Vgs控制，因此基于MOS的放大器有時(shí)也被叫做跨導(dǎo)放大器。

4. LDO動(dòng)態(tài)調(diào)整

讓我們再詳細(xì)來一次，若Vout異常降低，Vout-Vin=Vd-Vs=Vds，|Vds|上升(Vds<0)，在輸出特性曲線中體現(xiàn)為，由狀態(tài)工作點(diǎn)C轉(zhuǎn)移到D。緊接著反饋回路開始發(fā)揮作用，由于Vout下降，則Va降低，運(yùn)放會(huì)使得Vg下降，Vg-Vs=Vg-Vin=Vgs，|Vgs|也上升（|Vgs|<0)，在Vgs驅(qū)動(dòng)下Iout會(huì)慢慢上升，在輸出特性曲線恒流區(qū)內(nèi)體現(xiàn)為由 D向狀態(tài)工作點(diǎn)E轉(zhuǎn)移。Iout=Id，隨著Vgs上升時(shí)，Vds慢慢減小，最終Vout又上升回來，完成了一次完整的反饋控制。

5. LDO仿真

下圖是使用multisim搭建的LDO仿真電路，使用的是Nmos驅(qū)動(dòng)，誤差放大器的參考電壓通過穩(wěn)壓管設(shè)置為2.18V。LDO為5V轉(zhuǎn)3.3V，通過一個(gè)可變電阻來模擬負(fù)載變化，當(dāng)輸出變化時(shí)，會(huì)通過A點(diǎn)反饋至誤差放大器，誤差放大器調(diào)劑MOS的G極，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出。

下圖是LDO輸出的電壓和電流波形，紅色表示的是電壓，綠色表示的是電流，可以看到電流變化時(shí)輸出電壓一直保持穩(wěn)定的3.3V。

PMOS LDO基本工作原理就介紹到這里，下一期會(huì)介紹LDO其他參數(shù)以及選型注意事項(xiàng)，是更實(shí)用的內(nèi)容。

---The end---