低压降稳压器 (LDO) 参数和电源抑制比 (PSRR) 特性

出处:面包板 发布于:2021-01-20 15:44:30

  之前在我们的博客中,我们谈到了积分噪声及其意义。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。  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 框图图2. 简化的 LDO 框图

    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。  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   COUT 值。

  图4. 输出电容值对比 PSRR – NCP163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。  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。请继续关注。请继续关注一些好的设计实践的良好范围的图片和演示。所有的测量和图表都采用我们的超高 PSRR NCP163。


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