低壓差穩壓器的選擇
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確保LDO動態穩定性
適合普通應用的傳統LDO穩壓器設計存在穩定性問題。這個問題是由于反饋電路的性能、多種可能的負載、環路中元件的變化和難于獲得具有一致性參數的精密補償。下面將討論這些考慮因素。LDO通常使用一個反饋環路在輸出端提供一個與負載無關的恒定電壓。因為對于任何高增益反饋環路來說，環路增益傳遞函數中極點和零點的位置都決定其穩定性。
基于NPN管的穩壓器具有低阻抗射極負載輸出，傾向于對輸出容性負載很不敏感。然而，基于PNP管和PMOS管的穩壓器具有較大的輸出阻抗（在基于PNP 管的穩壓器中具有高阻抗集電極負載）。此外，環路增益和相位特性強烈依賴負載阻抗，因此對于穩定性問題需要特別考慮。
基于PNP管的LDO和基于PMOS管的LDO的傳遞函數具有幾個影響穩定性的極點：
•主極點（圖4中的P0）由誤差放大器決定；它是由放大器的gm通過內部補償電容CCOMP一起控制和確定的。主極點對上述所有LDO結構都是共同的。
•第二極點（P1）由輸出電抗（指輸出電容和負載電容以及負載阻抗）決定。這使得應用問題更難處理，因為這些電抗會影響環路的增益和帶寬。
•第三極點（P2）由調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。
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圖4 LDO的幅頻響應。 本文引用地址：http://www.104case.com/article/179210.htm |
如圖4所示，每個極點產生每10倍頻程20dB的增益下降并且伴隨90 °的相移。因為這里所討論的LDO有多個極點，所以如果單位增益頻率處的相移達到－180 °，線性穩壓器會變得不穩定。圖4還示出了容性負載對穩壓器的影響，其等效串聯電阻（ESR）會在傳遞函數中增加一個零點（ZESR）。該零點有助于補償其中一個極點，并且如果該極點出現在單位增益頻率以下時有助于穩定環路并且保持相應頻點的相移低于－180 °。
ESR對于維持穩定性可能是至關重要的，特別對于使用縱向PNP調整管的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集中在某個窗口范圍內以確保LDO工作在對于所有輸出電流都穩定的區域（見圖5）。
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圖5 穩定性隨輸出電流IOUT和負載電容的ESR變化。 |
雖然原則上選擇具有合適ESR的合適電容器（要求頻率響應曲線在穿過0 dB之前下降得足夠快，并且在達到相關極點P2之前向低于0 dB增益方向減小得足夠滿）非常困難。實際考慮還會增加更多的困難：ESR隨著產品型號變化；大批量生產使用的最小電容值需要進行基準測試，包括最小環境溫度和最大負載的極端條件。電容器類型的選擇也很重要。最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。鋁電解電容器的尺寸很小，但其ESR在低溫時會變差，并且在－30 °C以下無法正常工作。多層陶瓷電容類型無法為普通的LDO提供足夠的電容，但是它們這種穩定的低電容適合于新型LDO。
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