分析如何提高低静态电流LDO的负载瞬变响应性能

作者：时间：2010-11-18 来源：网络收藏

　　但图3所示的这种方法还是不能妥善解决稳定性问题。对于具有微小静态电流的LDO来说，其偏置电流Ib也很小。而射极跟随器的极点与误差放大器A1的极点靠得很近。此外，这种方法将射极跟随器用作了缓冲器，因此可以快速地关闭传递器件MP，但另一方面，电路的导通时间也由于小电流Ib而受到限制。

　　这种结构的另一个缺点是由于主放大器和缓冲器是串联的，所以延迟时间将由电路中速度较慢的部件来决定。

　　在结构[3]中，LDO采用了两个放大器，分别是误差放大器A1和电流反馈放大器A2，如图4所示。电流反馈放大器具有第二级反馈环路，可加速LDO的响应。但是该放大器的输入阻抗很小，会降低误差放大器A1的增益下降，从而对LDO的主要参数带来负面影响。

　　图4：带复合反馈回路的LDO。

　　电流反馈放大器具有AB类输出级，但此类放大器的负载能力取决于输入电流。然而，低静态电流的LDO一般要求较大的Rf1、Rf2和RC电阻值，这又限制了放大器A2的输入电流。这意味着最大输出电流不会超过几微安，因此无法实现对功率晶体管的寄生电容进行快速充电。

　　推荐的改进方法和电路结构

　　前文已经对不同的LDO负载瞬变性能改进方案进行了分析。尽管采用两个运算放大器驱动传递器件似乎是最好的一个方法，但是通过上述分析仍可以发现若干缺点。本节将讨论一种可以消除或减弱这些缺点的结构。

　　在改进的结构中，具有高增益和低带宽的运算跨导放大器(OTA)被用作主要的误差放大器。而这个放大器决定了LDO的主要性能参数。第二个放大器也是基于OTA，但具有相对较小的增益和较大的带宽，主要用于监测LDO的输出。两个放大器的输出并联在一起，推荐结构如图5所示。

　　图5：两个误差放大器并联在一起的LDO结构。

　　主误差放大器A1为一款标准的两级放大器，用于确保LDO的良好性能。由于A1并不是用来快速驱动功率晶体管MP的，因此可以采用A类输出级。反馈电阻Rf1和 Rf2决定了LDO输出电压的大小。

　　第二个放大器具有高带宽和AB类输出级，可对功率晶体管的寄生电容快速充电。放大器A2的输出连接到放大器A1的输出和功率晶体管MP的栅极。

　　LDO输出连接到A2的同相输入端和低通滤波器RC，而低通滤波器的输出则连接到放大器A2的输入。这种连接方式在稳态情况下将在A2的输入间产生零电压，从而使LDO的参数不受放大器A2的影响。在LDO的输出负载快速变化时，如果低通滤波器的时间常数大于负载瞬变变化的时间，那么A2的反相输入端将不会发生电压变化。A2的同相输入跟随LDO的输出电压，并开始对变化作出补偿。由于放大器A1的带宽很窄，因此它会明显滞后一段时间才作出反应。经过稍长于低通滤波器时间常数的一段时间后，A2再次进入稳态，且不会对LDO的参数造成影响。图6所示为运算跨导放大器A2的结构。图中只有一个增益级和AB类输出级。带宽由偏置电流Ib确定。

　　图6：具有一个增益级的AB类放大器。

　　图7所示为推荐LDO结构的AC分析。图7(a)为推荐LDO结构的简化原理图，图7(b)是从图7(a)转化而来的简化传递函数的等效框图。这样就可以建立推荐LDO运行的幅度响应，如图7(c)所示。在低频情况下，LDO的运行主要由主放大器A1决定。但在较高的频率下，由于出现了负载瞬变，因此LDO的运行便改由快速放大器A2来决定。由于RC滤波器能够隔离并联放大器A1和A2的运行，因此他们不会在同一时间工作。