一种输出可调、低电压、高稳定性的LDO线性稳压器
发布时间:2019-07-12 11:30:08来源:
DC/DC变换器已广泛应用于各种移动电子系统中,如移动通信终端、便携式电脑、PDA等。低电压、低压差(LowDropout,LDO)线性稳压器具有结构简单、低噪声、低功耗以小封装和较少的外围应用器件等突出优点,在便携式电子产品中得到广泛的应用。
在便携电子产品中,丰富的功能对功耗的要求与电池的使用时间之间的矛盾越来越突出,这就要求电源具有极高的转换效率。LDO的电源转换效率定义为其中U是输出电流,V为输出电压,Iq为静态工作电流,Vh为输入电压。要使转换效率提高,必须降低输入输出压差Vdo和静态电流Iq的值。
LDO在功能上属于DC/DC变换器中的降压变压器,在输入电压大于输出电压一定数值时,LDO电路系统具有保证输出电压稳定的特点,从而延长便携设备中电池的使用寿命。但是,如果在输入电压或者是负载电流发生变化时,输出电压值会产生一定的跳变。输出电压的跳变值将通过芯片内部的反馈网络送到误差运算放大器的输入端,放大器输出电压控制输出调整管以稳定输出电压。
LDO可根据其输出电流和电压的能力进行分类。大电流LDO具有输出1Amp或更大的电流的能力,同时高电压LDO的输入电压大于12V.一些LDO可提供可调的输出电压,因此也被称为可编程LDO静态电流和输出压差是设计LDO的关键,因此,减小输出压差和输出电流是设计具有高稳定性能LDO电路的关键。本文提出了一种输出可调、低电压、高稳定性的LDO线性稳压器。
2LDO线性稳压器的电路设计与性能分析图l是LDO线性稳压器的结构框图,由以下几个部分组成:电流偏置电路(Bias)、带隙基准电压源(Vref)、误差放大器(ErrorAmplifier)、电流限制与短路保护(Currentlimit)、调整管(PassElement)、输出电压选择(Vsel)和反馈电阻(R1、R2)。
其中电流偏置电路为LDO提供低温漂、高精度的偏置电流。
带隙基准源为误差放大器(ErrorAmplifier)提供电压Vref.电压基准源与稳压器不同,它的驱动能力很差,需要额外的电路器件来提供输出电流的能力。
误差放大器将输出反馈电压FB与电压Vref进行比较,并放大其差值用来控制调整管的导通状态,从而得到稳定的输出。
调整管(PassElement)在误差放大器的控制下提供驱动负载的输出电流,广泛使用的结构包括:NPN达林顿管(Darlington)、NPN管、PNP管、NMOS功率管和PMOS功率管。表1比较了这几种结构的基本特性。NMOS功率管和PMOS功率管广泛应用于低电压LDO线性稳压器的结构中,而NPN达林顿管、NPN管和PNP管多用于高压LDO线性稳压器的结构中。
由表1可看出,比较低的输入输出压差Vdropout可由P1VDS功PMOS功率管栅极输入变化,其Vsd和内阻也随之改变,从而可得到比较低的输入输出压差。折中考虑输入输出压差、静态工作电流、输出电流和速度,PMOS管是比较好的选择。LDO的电路设计受调整管的大小影响很大,调整管必须足够大以便形成较大的输出电流和低的输入输出压差。本设计中,调整管提供负载的比较大电流为反馈电阻提供反馈输出电压,使之与基准电压进行比较。输出电压的值可由公输出电压此设计的一个主要特征是其输出电压可调,通过调节反馈网络中电阻的比值可使电路在3.3V输入下,输出电压从IV到2V可调输出6种电压(2.0V、1.8V、1.6V、1.4V、1.2V、1.0V)。
输出电压的选择通过使用PMOS管作为开关来实现。PM3S管的源极接反馈电阻的一端,漏端接地,栅极接逻辑控制电路(Logiccontrol),如所示。PMOS管栅极电压的高低决定了晶体管是开路还是短路,从而改变了艮况2的比值。
可调反馈网络在LDO设计中,使用PMOS功率管作为调整管的比较大问题是电路可能产生振汤。系统必须有足够的相位裕度(>60°,才能保证稳定。比较普遍的方法是在系统中引入一个零点,抵消由极点引起的相移和增益下降。系统有两个极点,一个来自稳压器的控制环路,另一个来自调整管。然而,负载可引入另外一对零极点,其中极点依赖于系统的增益,在反馈路径上形成一个相位移动,从而引起使系统不稳定的振荡。
为了稳定系统,必须有输出电容Cb.利用输出电容的寄生等效电阻(ESR)和外接等效串联电阻(ESR)来产生零点,因而必须适当的选择等效串联电阻(ESR)的阻值,从而适当选择引入的零点来减少或消除相对应的极点。采用电路对误差放大器进行仿真。
误差放大器相位裕度图对大多数LDO稳压器来说,ESR存在比较大值和比较小值。超出一定范围的ESR阻值会引起环路的不稳定性。表示了ESR阻值和相位裕度的关系。
低电压LDO稳压器采用Cadence公司软件进行设计。它的比较显示了该LDO稳压器连接不同负载时的输出电压情况,Vin=3.3V,Iload从0变化到100mA,LDO输出电压变化典型值仅为5mV.当负载连接到稳压器上,系统为了保持输出电压不变,将试图稳定输出电压,这就需要一定的时间来达到这个稳定的状态,这个时间被称为系统的建立时间。负载调整率表示了当负载发生LDO负载调整能力另一种调整率是线性调整率,表示当输入电压发生变化时,系统保持输出电压稳定的能力,如所示,输入电压从2V到3V变化,该稳压器线性调整的典型值约为0.7mV.本文设计了一种低电压、高稳定性的低压差(LDO)线性稳压器,可输出6种可调电压。它具有小的静态电流、良好的线性调整和负载调整能力。该稳压器的线性调整和负载调整的典型值分别为0.7mV和5mV;输出的比较大电流为90mA;其输出压差在90mA输出电流,1.8V输出电压下为170mV.(下转第1689页)文件>对话框里,点击右边图标f,选择要存放的目标盘及文件夹并取目标文件名。
在菜单Split(分割)的界面下,在Startingat(从开始)对话框里,输入文件分割开始的数字,数字以bytes(字节)为单位,因此,需要把视频文件换算成以字节单位的形式,可以通过文件播放时间和字节之比进行换算。
(拷贝大小)对话框里,输入文件分割结束的数字,界面右下脚图标由虚拟变为实体STARTPROCESS面,视频文件分割开始进行,从0开始到100%结束,非常直观而且迅速。Destinationfile界面消失后,目标文件成功生成。
需要说明的是,因为视频文件切割是通过文件播放时间和字节之比进行换算,不能换算成一一对应成字节。而且在分割文件输入字节时,基本单元为10个字节。所以切割文件不能做到非常精确的每一帧,但对于非专业和方便使用而言,这点缺憾可以忽略。
3.3Vob格式文件和MPEG格式文件的合并分割后的视频文件的合成,可以用VOBMerger软件。但这个软件不能合并太大的文件,无法多个文件合并,一次只能两个VOB文件合并。
合并时,注意添加的VOB文件的顺序。
安装打开软件后,出现下列窗口。
点击Addfile(s)(增加文件)图标,依次选择要合并的视频文件,按前后顺序添加排列。点击Destinationfile:(目标文件)对话框右边的图标,选择要存放的选择目标盘及文件夹并取目标文件名。点击Mferge(合并)图标,出现下列画面Merging,合并开始。合并完成后,出现Success画面,提示MergesuccessfUl(合并成功),视频文件合并完成。
如果合并后的VOB文件大于4G,那么你只能在NTFS分区上使用,因为FAT32分区不允许单个文件大于4G.在FAT32分区采编是如果视频文件大于4G时,她会自动生成两个小于4G的两个相关联的文件。
裁剪VCD的DAT文件,生成MPEG格式的视频文件,同样可用FileMferger软件合并。
通过上述的几款绿色小软件的运用,可使不具备专业非线性编辑硬件配置的的教师使用常规的电脑轻松地按自己的教学要求分割和合并需要的视频文件。