LDO低压差线性稳压器核心电路的设计

论文摘要

近年来,随着手机,笔记本电脑等便携式设备不断的更新和发展,人们对电源管理芯片的要求越来越高,电源管理芯片也朝着小型化,低功耗,节能环保的方向发展。LDO低压差线性稳压器作为一种常用的电源管理芯片,它的输出静态电流小,噪声低,电磁干扰能力强,瞬态响应速度快,基于这些优点,在与同类型的其它稳压电路相比,LDO的发展前景一片光明,并广泛的应用在医疗,计算机,基础设备等众多领域中。目前,LDO朝着低功耗,低静态电流,快速瞬态响应,大输出电流等方向发展,其中,大输出电流是LDO发展的一个重要方向,但是大的输出电流对LDO环路稳定性有重要影响。因此,设计一个大输出电流,高稳定性的LDO具有非常实际的意义。本文设计的LDO分为基准电压源,误差放大器,PMOS调整管,反馈电阻四个模块。其中误差放大器,PMOS调整管和反馈电阻构成了LDO的反馈回路。在基准电压源中,两级折叠式共源共栅运算放大器作为它的核心电路,并且利用三极管基射电压VBE的负温度系数效应和ΔVBE的正温度系数效应进行一阶补偿,再利用二极管反向饱和电流IS的正温度系数效应进行二阶补偿,得到一个近似零温度系数的基准电压。在LDO的环路中,采用嵌套式密勒电容补偿方式对环路进行补偿,使得环路在整个负载电流范围内都能达到稳定。此外,为了LDO能够在高温下具有自我保护功能,本文利用三极管基射电压VBE的负温度系数效应,将温度信号转变为电压信号,设计出一个过温保护电路。本文设计的LDO采用TSMC 0.35um标准CMOS工艺,设计的最大输出电流为1A,工作电压范围为3V-5V,输出电压为2.5V。本文采用Hspice软件对电路进行仿真,在最大负载电流1A条件下工作时,Dropout电压为180mV；在负载电流为500mA,电源电压从3V-5V变化时,线性调整率为0.47mV/V,线性瞬态响应变化量为40mV；在负载电流从0-1A变化时,负载调整率为0.4%mV/A,负载瞬态响应变化量为25mV。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电源管理IC的现状与发展
• 1.2 LDO的国内外动态和发展趋势
• 1.3 论文的内容与安排
• 第2章 LDO低压差线性稳压器的基础理论
• 2.1 LDO的基本构架和工作原理
• 2.2 LDO的主要性能指标
• 2.3 LDO的环路稳定性分析及补偿原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 子模块设计
• 3.1 基准电压源设计
• 3.1.1 基准电压源的指标
• 3.1.2 基准电压源的理论介绍
• 3.1.3 基准电压源的整体结构
• 3.1.4 折叠式运算放大器的设计
• 3.1.5 折叠式运算放大器的仿真
• 3.1.6 基准电压源的仿真
• 3.2 LDO的环路设计
• 3.2.1 环路的稳定性分析及补偿
• 3.2.2 环路稳定性的仿真
• 3.3 过温保护电路的设计
• 3.3.1 传统过温保护电路设计
• 3.3.2 改进后过温保护电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 整体电路仿真
• 4.1 Dropout电压仿真
• 4.2 静态电流仿真
• 4.3 线性调整率仿真
• 4.4 负载调整率仿真
• 4.5 线性瞬态响应仿真
• 4.6 负载瞬态响应仿真
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表的论文及其科研工作