一種輸出可調、低電壓、高穩定性的LDO線性穩壓器
發布時間:2019-07-12 11:30:08來源:
DC/DC變換器已廣泛應用于各種移動電子系統中,如移動通信終端、便攜式電腦、PDA等。低電壓、低壓差(LowDropout,LDO)線性穩壓器具有結構簡單、低噪聲、低功耗以小封裝和較少的外圍應用器件等突出優點,在便攜式電子產品中得到廣泛的應用。
在便攜電子產品中,豐富的功能對功耗的要求與電池的使用時間之間的矛盾越來越突出,這就要求電源具有極高的轉換效率。LDO的電源轉換效率定義為其中U是輸出電流,V為輸出電壓,Iq為靜態工作電流,Vh為輸入電壓。要使轉換效率提高,必須降低輸入輸出壓差Vdo和靜態電流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值時,LDO電路系統具有保證輸出電壓穩定的特點,從而延長便攜設備中電池的使用壽命。但是,如果在輸入電壓或者是負載電流發生變化時,輸出電壓值會產生一定的跳變。輸出電壓的跳變值將通過芯片內部的反饋網絡送到誤差運算放大器的輸入端,放大器輸出電壓控制輸出調整管以穩定輸出電壓。
LDO可根據其輸出電流和電壓的能力進行分類。大電流LDO具有輸出1Amp或更大的電流的能力,同時高電壓LDO的輸入電壓大于12V.一些LDO可提供可調的輸出電壓,因此也被稱為可編程LDO靜態電流和輸出壓差是設計LDO的關鍵,因此,減小輸出壓差和輸出電流是設計具有高穩定性能LDO電路的關鍵。本文提出了一種輸出可調、低電壓、高穩定性的LDO線性穩壓器。
2LDO線性穩壓器的電路設計與性能分析圖l是LDO線性穩壓器的結構框圖,由以下幾個部分組成:電流偏置電路(Bias)、帶隙基準電壓源(Vref)、誤差放大器(ErrorAmplifier)、電流限制與短路保護(Currentlimit)、調整管(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。
帶隙基準源為誤差放大器(ErrorAmplifier)提供電壓Vref.電壓基準源與穩壓器不同,它的驅動能力很差,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進行比較,并放大其差值用來控制調整管的導通狀態,從而得到穩定的輸出。
調整管(PassElement)在誤差放大器的控制下提供驅動負載的輸出電流,廣泛使用的結構包括:NPN達林頓管(Darlington)、NPN管、PNP管、NMOS功率管和PMOS功率管。表1比較了這幾種結構的基本特性。NMOS功率管和PMOS功率管廣泛應用于低電壓LDO線性穩壓器的結構中,而NPN達林頓管、NPN管和PNP管多用于高壓LDO線性穩壓器的結構中。
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的電路設計受調整管的大小影響很大,調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。本設計中,調整管提供負載的比較大電流為反饋電阻提供反饋輸出電壓,使之與基準電壓進行比較。輸出電壓的值可由公輸出電壓此設計的一個主要特征是其輸出電壓可調,通過調節反饋網絡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管作為開關來實現。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。
可調反饋網絡在LDO設計中,使用PMOS功率管作為調整管的比較大問題是電路可能產生振湯。系統必須有足夠的相位裕度(>60°,才能保證穩定。比較普遍的方法是在系統中引入一個零點,抵消由極點引起的相移和增益下降。系統有兩個極點,一個來自穩壓器的控制環路,另一個來自調整管。然而,負載可引入另外一對零極點,其中極點依賴于系統的增益,在反饋路徑上形成一個相位移動,從而引起使系統不穩定的振蕩。
為了穩定系統,必須有輸出電容Cb.利用輸出電容的寄生等效電阻(ESR)和外接等效串聯電阻(ESR)來產生零點,因而必須適當的選擇等效串聯電阻(ESR)的阻值,從而適當選擇引入的零點來減少或消除相對應的極點。采用電路對誤差放大器進行仿真。
誤差放大器相位裕度圖對大多數LDO穩壓器來說,ESR存在比較大值和比較小值。超出一定范圍的ESR阻值會引起環路的不穩定性。表示了ESR阻值和相位裕度的關系。
低電壓LDO穩壓器采用Cadence公司軟件進行設計。它的比較顯示了該LDO穩壓器連接不同負載時的輸出電壓情況,Vin=3.3V,Iload從0變化到100mA,LDO輸出電壓變化典型值僅為5mV.當負載連接到穩壓器上,系統為了保持輸出電壓不變,將試圖穩定輸出電壓,這就需要一定的時間來達到這個穩定的狀態,這個時間被稱為系統的建立時間。負載調整率表示了當負載發生LDO負載調整能力另一種調整率是線性調整率,表示當輸入電壓發生變化時,系統保持輸出電壓穩定的能力,如所示,輸入電壓從2V到3V變化,該穩壓器線性調整的典型值約為0.7mV.本文設計了一種低電壓、高穩定性的低壓差(LDO)線性穩壓器,可輸出6種可調電壓。它具有小的靜態電流、良好的線性調整和負載調整能力。該穩壓器的線性調整和負載調整的典型值分別為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.(下轉第1689頁)文件>對話框里,點擊右邊圖標f,選擇要存放的目標盤及文件夾并取目標文件名。
在菜單Split(分割)的界面下,在Startingat(從開始)對話框里,輸入文件分割開始的數字,數字以bytes(字節)為單位,因此,需要把視頻文件換算成以字節單位的形式,可以通過文件播放時間和字節之比進行換算。
(拷貝大小)對話框里,輸入文件分割結束的數字,界面右下腳圖標由虛擬變為實體STARTPROCESS面,視頻文件分割開始進行,從0開始到100%結束,非常直觀而且迅速。Destinationfile界面消失后,目標文件成功生成。
需要說明的是,因為視頻文件切割是通過文件播放時間和字節之比進行換算,不能換算成一一對應成字節。而且在分割文件輸入字節時,基本單元為10個字節。所以切割文件不能做到非常精確的每一幀,但對于非專業和方便使用而言,這點缺憾可以忽略。
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。但這個軟件不能合并太大的文件,無法多個文件合并,一次只能兩個VOB文件合并。
合并時,注意添加的VOB文件的順序。
安裝打開軟件后,出現下列窗口。
點擊Addfile(s)(增加文件)圖標,依次選擇要合并的視頻文件,按前后順序添加排列。點擊Destinationfile:(目標文件)對話框右邊的圖標,選擇要存放的選擇目標盤及文件夾并取目標文件名。點擊Mferge(合并)圖標,出現下列畫面Merging,合并開始。合并完成后,出現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分區上使用,因為FAT32分區不允許單個文件大于4G.在FAT32分區采編是如果視頻文件大于4G時,她會自動生成兩個小于4G的兩個相關聯的文件。
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用,可使不具備專業非線性編輯硬件配置的的教師使用常規的電腦輕松地按自己的教學要求分割和合并需要的視頻文件。