瞬态事件对LDO动态性能的影响

2024-01-23

有两种瞬态响应。首先,负载瞬态响应是当低压降稳压器(LDO)提供的负载电流发生变化时,在LDO输出端出现过冲或下冲。第二,线路瞬态响应是当连接的电压在LDO输入端发生变化时,在LDO输出端发生过冲或下冲,具有不同的波形。

瞬态事件对LDO动态性能的影响 (https://ic.work/) 电源管理 第1张

图1.LDO输出端发生下冲时的内部构造 让我们看看当LDO的输出出现下冲现象时,其内部会发生什么。图1显示了LDO的内部结构,输出电压为1V时,瞬态响应下冲电压为0.02V,导致输出电压下降到0.98V。当参考电压稳定到1V时,那么误差放大器的输入端之间有0.02V的电压差。放大器将该电压放大,所以误差放大器的输出电压VAMP下降,这意味着PMOS传递元件的VGS增加,PMOS传递元件开始导通更多的通道,给输出电容充电。所以,LDO的输出电压开始回升到1V。

瞬态事件对LDO动态性能的影响 (https://ic.work/) 电源管理 第2张

图2.LDO输出端发生过冲时的内部构造 LDO输出端过冲的情况(图2)与下冲的情况相反。过冲电压为0.02V,那么输出电压是1.02V,误差放大器的输入端之间有一个-0.02V的电压差。误差放大器再次放大这个电压,误差放大器的输出电压VAMP增加,而PMOS传递元件的电压VGS减少,这意味着PMOS传递元件开始关闭其通道。但正因为如此,一个传递元件可以给输出电容充电,以防输出电容放电时,过冲输出电压恢复到1V。

瞬态事件对LDO动态性能的影响 (https://ic.work/) 电源管理 第3张

图3.在下冲和过冲期间LDO内部的活动 您可以在图3中看到下冲和过冲期间LDO内部的负载瞬态响应和该状态下的动作:下冲期间更多的传递元件被打开,而过冲期间关闭。这种反馈动作对于负载瞬态响应和线性瞬态响应是相同的,它取决于导致下冲或过冲的原因。过冲的幅度和稳定时间取决于内部反馈对瞬态事件的反应速度–输入电压或负载电流的任何变化。

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图4.NCP110的负载瞬态响应 图4展示了NCP110的实测负载瞬态响应:在负载变化到较高的电流水平时,输出电压下降。一段时间后,内部反馈对过冲作出反应,导通PMOS传递元件。当负载变化到一个非常低的电流水平时,例如1毫安,内部反馈反应是关闭PMOS传递元件:导致过冲,输出电容放电。

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图5.NCP110线性瞬态响应 图5展示了线性瞬态响应。但下冲和过冲具有相同的波形,这是由于实际上负载电流没有变化造成的。因此,输出电容没有扩展放电。就像负载瞬态响应一样,PMOS传递元件也会相应地以导通和关闭做出响应。 可以将类似的原则应用于含NMOS传递元件的LDO。含PMOS传递元件的LDO有一个针对输入电压VIN的栅源电压VGS,而含NMOS传递元件的LDO有一个针对输出电压VOUT的栅源电压VGS。因此,当需要导通更多的NMOS传递元件时,误差放大器的输出电压VAMP增加。当需要关闭NMOS传递元件时,误差放大器的输出电压VAMP下降;这与含PMOS传递元件的LDO恰好相反。

 

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