LDO線性穩(wěn)壓器高精度電壓基準(zhǔn)源分析
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注1:最大允許功耗是最大結(jié)溫TJ(max)，結(jié)與外界熱敏電阻θJA，以及外界溫度TA的函數(shù)，在任何外界溫度下的最大允許功耗用下式計(jì)算:
對于SOT-23封裝θJA的值為220℃/W，則這個芯片在常溫下的PM(忽略了器件正常工作下的靜態(tài)功耗)為
如果超出最大允許功耗將導(dǎo)致死溫，穩(wěn)壓器進(jìn)入熱關(guān)斷。
模塊電路設(shè)計(jì)和性能實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)超低漏失電壓和低靜態(tài)電流是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，同時為了兼顧其它主要電特性，對每個模塊的設(shè)計(jì)都提出了很高的要求。本文著重介紹其中基準(zhǔn)源模塊的設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)框圖和工作原理
作為雙極型LDO線性穩(wěn)壓器，必須包含PNP調(diào)整管、電壓基準(zhǔn)、誤差放大器、反饋采樣電阻以及啟動和偏置電路。為了實(shí)現(xiàn)使能控制和過溫過流保護(hù)功能，還增加了使能電路和過溫過流保護(hù)電路，如圖2的系統(tǒng)框圖所示。
圖2XD4821的系統(tǒng)框圖
基本工作原理是：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，電流源電路給整個電路提供偏置，基準(zhǔn)源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升。當(dāng)輸出即將達(dá)到規(guī)定值時，由采樣電阻得到的反饋電壓也接近于基準(zhǔn)電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差小信號進(jìn)行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負(fù)反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上;同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變。如果使能腳處于低電平，啟動電路不工作，電流源偏置無法建立，電路處于關(guān)閉狀態(tài)。
高精度電壓基準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)
基準(zhǔn)模塊是線性穩(wěn)壓器的一個核心部分，基準(zhǔn)的大小直接決定了穩(wěn)壓器輸出的大小，它是影響穩(wěn)壓器精度的最主要因素。LDO線性穩(wěn)壓器為了實(shí)現(xiàn)高精度和低壓輸出，所以采用高精度低溫度系數(shù)的帶隙(Bandgap)基準(zhǔn)電壓源結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種模擬或數(shù)模混合集成電路中，如穩(wěn)壓器、充電保護(hù)器、 ADC、DAC、RF(射頻)電路等，工藝已很成熟。
實(shí)用的帶隙基準(zhǔn)電壓電路
圖3 是一種實(shí)用的帶隙基準(zhǔn)電壓電路。Ql和Q2的發(fā)射區(qū)面積比為1:N，Q3和Q4完全對稱，構(gòu)成鏡像電流源給Ql和Q2提供工作電流，因而IC3=IC4，ICl=IC2，IEl=IE2。則Rl上的壓降為
式中，VT=KT/q為熱電壓，J1、J2分別是Q1、Q2管的發(fā)射極電流密度，它們之間的比值為
由IE1=IE2得R2上的壓降為
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