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上海千實(shí)精密機(jī)電有限公司解讀低壓差穩(wěn)壓器的選擇
標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)(香港)有限公司創(chuàng)立于2003年，總部在中國(guó)香港，研發(fā)生產(chǎn)銷售紡織類、汽車內(nèi)外飾類、皮革鞋材類、口罩防護(hù)服類等材料測(cè)試儀器，在上海設(shè)有分公司上海泛標(biāo)紡織品檢測(cè)技術(shù)有限公司，全面負(fù)責(zé)中國(guó)大陸地區(qū)的銷售和售后服務(wù)，上海千實(shí)精密機(jī)電科技有限公司是其生產(chǎn)廠家，負(fù)責(zé)測(cè)試儀器的加工生產(chǎn)。
公司起步于紡織領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，秉持專業(yè)、真誠(chéng)、熱情、高效的服務(wù)理念，全面貼近客戶需求，獲得客戶高度認(rèn)可。一直以來(lái)，我們始終堅(jiān)持提供適用產(chǎn)品，依賴專業(yè)高效的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，整合技術(shù)和資源優(yōu)勢(shì)，為客戶解決科研生產(chǎn)中遇到問(wèn)題提供支持，從而帶動(dòng)國(guó)內(nèi)科研及相關(guān)行業(yè)水平的提高。通過(guò)個(gè)性化的售前產(chǎn)品咨詢，高效率的售后安裝、維護(hù)和維修，標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)正越來(lái)越多贏得市場(chǎng)和客戶的信賴。
工廠使命：
上海千實(shí)致力于創(chuàng)新高質(zhì)量的測(cè)試儀器，我們的任務(wù)是藉由團(tuán)隊(duì)的合作、細(xì)膩的創(chuàng)新、實(shí)際的效能與好的服務(wù)，將完整的實(shí)驗(yàn)室解決方案交給我們的客戶及經(jīng)銷伙伴。
公司價(jià)值觀：
1.客戶至上
上海千實(shí)在乎您的需求，獲得您的信賴是我們永遠(yuǎn)的目標(biāo)。專注于實(shí)現(xiàn)每個(gè)客戶的需求，無(wú)論是客戶定制產(chǎn)品、技術(shù)支持或其他相關(guān)服務(wù)，我們都全心全意完成您的期盼。
2.創(chuàng)新思想
上海千實(shí)堅(jiān)持運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，并累積每個(gè)使用者及員工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不斷突破創(chuàng)新，為所有顧客創(chuàng)造好的測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品。
3.技術(shù)水平
上海千實(shí)擁有好的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)品管理專家以及杰出的服務(wù)人員，我們結(jié)合了各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與多方客戶反饋，確保千實(shí)提供給您質(zhì)量的產(chǎn)品及服務(wù)。
4.人性化儀器
上海千實(shí)提供操作簡(jiǎn)單、便利的測(cè)試儀器，擁有符合用戶體驗(yàn)性的貼心設(shè)計(jì)，如觸控面板及小型按鍵板，讓客戶方便、輕松的使用與操作。
5.質(zhì)量政策
上海千實(shí)力圖滿足顧客所期望的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到更高的境界，我們承諾會(huì)藉由各項(xiàng)研究及開(kāi)發(fā)不斷提升我們的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也接受每個(gè)迎面而來(lái)的挑戰(zhàn)。
穩(wěn)壓器用于提供一種不隨負(fù)載阻抗、輸入電壓、溫度和時(shí)間變化而變化穩(wěn)定的電源電壓。低壓差穩(wěn)壓器是使輸出電壓穩(wěn)定的設(shè)備，因其能夠在電源電壓（輸入端）與負(fù)載電壓（輸出端）之間保持微小壓差而著稱。
為特定的應(yīng)用選擇合適的穩(wěn)壓器，需要考慮輸入電壓的類型和范圍（例如穩(wěn)壓器前面的DC/DC變換器或開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓）。其它重要考慮因素是：需要的輸出電壓、負(fù)載電流、小壓差、靜態(tài)電流和功耗。通常，穩(wěn)壓器的附加功能可能很有用，例如待機(jī)引腳或指示穩(wěn)壓失效的錯(cuò)誤標(biāo)志。
為了選擇合適類型的LDO，需要考慮輸入電壓源。在電池供電應(yīng)用中，當(dāng)電池放電時(shí)，LDO必須維持所需的系統(tǒng)電壓。如果DC輸入電壓是由經(jīng)過(guò)整流的AC電源提供，那么壓差并不重要，因此標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓器可能是更好的選擇，因?yàn)槠涓鼉r(jià)格較低并且可以提供較大的負(fù)載電流。但是如果需要較低功耗或較精密的輸出電壓，則 LDO是合適的選擇。
當(dāng)然，穩(wěn)壓器應(yīng)該在壞工作環(huán)境達(dá)到規(guī)定精度的條件下能夠?yàn)樨?fù)載提供足夠大的電流。
1、LDO結(jié)構(gòu)
調(diào)整管是PMOS晶體管。然而，穩(wěn)壓器可能使用各種類型的調(diào)整管，因此可以根據(jù)所使用的調(diào)整管類型對(duì)LDO分類。不同結(jié)構(gòu)和特性的LDO具有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。四種類型調(diào)整管包括NPN雙極型晶體管、PNP雙極型晶體管、復(fù)合晶體管和PMOS晶體管。
對(duì)于給定的電源電壓，雙極型調(diào)整管可提供的輸出電流。PNP優(yōu)于NPN，因?yàn)镻NP的基極可以與地連接，必要時(shí)使晶體管完全飽和。 NPN的基極只能與盡可能高的電源電壓連接，從而使小壓降限制到一個(gè)VBE結(jié)壓降。因此，NPN管和復(fù)合調(diào)整管不能提供小于1V的壓差。然而它們?cè)谛枰獙拵捄涂谷菪载?fù)載干擾時(shí)非常有用（因?yàn)樗鼈兙哂械洼敵鲎杩筞OUT特性）。
PMOS和PNP晶體管可以快速達(dá)到飽和，從而能使調(diào)整管電壓損耗和功耗小，從而允許用作低壓差、低功耗穩(wěn)壓器。PMOS調(diào)整管可以提供盡可能的電壓降，大約等于RDS()×IL。它允許達(dá)到的靜態(tài)電流。PMOS調(diào)整管的主要缺點(diǎn)是MOS 晶體管通常用作外部器件—特別當(dāng)控制大電流時(shí)—從而使IC構(gòu)成一個(gè)控制器，而不能構(gòu)成一個(gè)自身完整的穩(wěn)壓器。
一個(gè)完整穩(wěn)壓器的總功耗是 PD = (VIN – VOUT) IL + VINIGND
上面關(guān)系式的部分是調(diào)整管的功耗；第二部分是電路控制器部分的功耗。有些穩(wěn)壓器的接地電流，特別是那些用飽和雙極型晶體管作調(diào)整管的穩(wěn)壓器，會(huì)在上電期間達(dá)到峰值。
2、確保LDO動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性
適合普通應(yīng)用的傳統(tǒng)LDO穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)存在穩(wěn)定性問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是由于反饋電路的性能、多種可能的負(fù)載、環(huán)路中元件的變化和難于獲得具有一致性參數(shù)的精密補(bǔ)償。下面將討論這些考慮因素。LDO通常使用一個(gè)反饋環(huán)路在輸出端提供一個(gè)與負(fù)載無(wú)關(guān)的恒定電壓。因?yàn)閷?duì)于任何高增益反饋環(huán)路來(lái)說(shuō)，環(huán)路增益?zhèn)鬟f函數(shù)中極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置都決定其穩(wěn)定性。
基于NPN管的穩(wěn)壓器具有低阻抗射極負(fù)載輸出，傾向于對(duì)輸出容性負(fù)載很不敏感。然而，基于PNP管和PMOS管的穩(wěn)壓器具有較大的輸出阻抗（在基于PNP 管的穩(wěn)壓器中具有高阻抗集電極負(fù)載）。此外，環(huán)路增益和相位特性強(qiáng)烈依賴負(fù)載阻抗，因此對(duì)于穩(wěn)定性問(wèn)題需要特別考慮。
基于PNP管的LDO和基于PMOS管的LDO的傳遞函數(shù)具有幾個(gè)影響穩(wěn)定性的極點(diǎn)：
a.主極點(diǎn)由誤差放大器決定；它是由放大器的gm通過(guò)內(nèi)部補(bǔ)償電容CCOMP一起控制和確定的。主極點(diǎn)對(duì)上述所有LDO結(jié)構(gòu)都是共同的。
b.第二極點(diǎn)（P1）由輸出電抗（指輸出電容和負(fù)載電容以及負(fù)載阻抗）決定。這使得應(yīng)用問(wèn)題更難處理，因?yàn)檫@些電抗會(huì)影響環(huán)路的增益和帶寬。
c.第三極點(diǎn)（P2）由調(diào)整管附近的寄生電容決定。在相同條件下，PNP功率晶體管的單位增益頻率（fT）比NPN晶體管的fT低很多。
每個(gè)極點(diǎn)產(chǎn)生每10倍頻程20dB的增益下降并且伴隨90 °的相移。因?yàn)檫@里所討論的LDO有多個(gè)極點(diǎn)，所以如果單位增益頻率處的相移達(dá)到－180 °，線性穩(wěn)壓器會(huì)變得不穩(wěn)定。圖4還示出了容性負(fù)載對(duì)穩(wěn)壓器的影響，其等效串聯(lián)電阻（ESR）會(huì)在傳遞函數(shù)中增加一個(gè)零點(diǎn)（ZESR）。該零點(diǎn)有助于補(bǔ)償其中一個(gè)極點(diǎn)，并且如果該極點(diǎn)出現(xiàn)在單位增益頻5率以下時(shí)有助于穩(wěn)定環(huán)路并且保持相應(yīng)頻點(diǎn)的相移低于－180 °。
ESR對(duì)于維持穩(wěn)定性可能是至關(guān)重要的，特別對(duì)于使用縱向PNP調(diào)整管的LDO。然而，由于電容器的寄生特性，所以ESR不總是好控制。電路可能需要ESR集中在某個(gè)窗口范圍內(nèi)以確保LDO工作在對(duì)于所有輸出電流都穩(wěn)定的區(qū)域。
雖然原則上選擇具有合適ESR的合適電容器（要求頻率響應(yīng)曲線在穿過(guò)0 dB之前下降得足夠快，并且在達(dá)到相關(guān)極點(diǎn)P2之前向低于0 dB增益方向減小得足夠滿）非常困難。實(shí)際考慮還會(huì)增加更多的困難：ESR隨著產(chǎn)品型號(hào)變化；大批量生產(chǎn)使用的小電容值需要進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，包括小環(huán)境溫度和負(fù)載的極端條件。電容器類型的選擇也很重要。合適的電容器是鉭電解電容器，盡管具有大容量的鉭電解電容器尺寸很大。多層陶瓷電容類型無(wú)法為普通的LDO提供足夠的電容，但是它們這種穩(wěn)定的低電容適合于新型LDO。鋁電解電容器的尺寸很小，但其ESR在低溫時(shí)會(huì)變差，并且在－30 °C以下無(wú)法正常工作。
