LDO线性稳压器高精度电压基准源分析

系功率电感统框图和工作原理

作为双极型LDO线性稳压器，必须包含PNP调整管、电压基准、误差放大器、反馈采样电阻以及启动和偏置电路。为了实现使能控制和过温过流保护功能，还增加了使能电路和过温过流保护电路，如图2的系统框图所示。





图2XD4821的系统框图

基本工作原理是：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，电流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升。当输出即将达到规定值时，由采样电阻得到的反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值上;同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变。如果使能脚处于低电平，启动电路不工作，电流源偏置无法建立，电路处于关闭状态。

高精度电压基准模块设计

基准模块是线性稳压器的一个核心部分，基准的大小直接决定了稳压器输出的大小，它是影响稳压器精度的最主要因素。LDO线性稳压器为了实现高精度和低压输出，所以采用高精度低温度系数的带隙(Bandgap)基准电压源结构，这种结构已经广泛地应用于各种模拟或数模混合集成电路中，如稳压器、充电保护器、 ADC、DAC、RF(射频)电路等，工艺已很成熟。

实用的带隙基准电压电路

图3 是一种实用的带隙基准电压电路。Ql和Q2的发射区面积比为1:N，Q3和Q4完全对称，构成镜像电流源给Ql和Q2提供工作电流，因而IC3=IC4，ICl=IC2，IEl=IE2。则Rl上的压降为





式中，VT=KT/q为热电压，J1、J2分别是Q1、Q2管的发射极电流密度，它们之间的比值为





由IE1=IE2得R2上的压降为





基准电压为





从上式中可得到基准电压只与PN结的正向压降、电阻的比值以及Ql和Q2的发射区面积比有关，因此在实际的工艺制作中将会有很高的精度。当基准建立之后，基准电压与输入电压无关;而且VBE具有负温度系数，VT为正温度系数，理论上，只要选取合适的R2/R1和R1(决定Q1发射极电流，从而影响 VBE1)的值就可以得到零温度系数基准电压。

完整电路的设计

完整的带隙基准电路需要启动电路、偏置电路以及反馈回路，如图4所示。Q6、R3作为基准的启动和偏置电路，并且和Q5构成基准的反馈电路，保证了电路的稳定性。


高频电感器设计


图3实用的带隙基准电压电路





图4完整的带隙基准电压电路

Q1、Q2、R贴片电感1和R2组成的是一种带隙比较器，其门限电压为(式5)所求得的值，当输入电压较低时，基准电压小于门限电压，此时电流很小，两晶体管的 VBE几乎相等，共模电感器而Q2比Q1面积大，故IC2大于I工字电感器C1，带隙比较器输出(Q1集电极)为“高”，Q5截止;随着输入电压的增大，基准逐渐增大，IC1 电流呈指数规律上升，IC2受电阻R1限制线性上升，当这两者电流达到相等时，带隙比较器输出“低”使Q5导通，吸收部分Io电流，使基准输出稳定到门限值。因此Q5起反馈作用，而这整个电路就相当于电压跟随器。但是这种结构的特殊之处是通过功率电感改变偏置电流源而实现反馈功能的，反馈过程如下:


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