LDO的工作原理詳細(xì)分析二

　　綜上，輸出電容是用來補(bǔ)償LDO穩(wěn)壓器的，所以選擇時(shí)必須謹(jǐn)慎。基本上所有的LDO應(yīng)用中引起的振蕩都是由于輸出電容的ESR過高或過低。

　　LDO的輸出電容，通常鉭電容是最好的選擇（除了一些專門設(shè)計(jì)使用陶瓷電容的LDO，例如：LP2985）。測試一個(gè)AVX的4.7uF鉭電容可知它在25℃時(shí)ESR為1.3Ω，該值處在穩(wěn)定范圍的中心（圖16）。

　　另一點(diǎn)非常重要，AVX電容的ESR在－40℃到＋125℃溫度范圍內(nèi)的變化小于2:1。鋁電解電容在低溫時(shí)的ESR會(huì)變大很多，所以不適合作LDO的輸出電容。

　　必須注意大的陶瓷電容（≥1uF）通常會(huì)用很低的ESR（＜20mΩ），這幾乎會(huì)使所有的LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)生振蕩（除了LP2985）。如果使用陶瓷電容就要串聯(lián)電阻以增加ESR。大的陶瓷電容的溫度特性很差（通常是Z5U型），也就是說在工作范圍內(nèi)的溫度的上升和下降會(huì)使容值成倍的變化，所以不推薦使用。

　　準(zhǔn)LDO補(bǔ)償

　　準(zhǔn)LDO（圖3）的穩(wěn)定性和補(bǔ)償，應(yīng)考慮它兼有LDO和NPN穩(wěn)壓器的特性。因?yàn)闇?zhǔn)LDO穩(wěn)壓器利用NPN導(dǎo)通管，它的共集電極組合也就使它的輸出極（射極）看上去有相對低的阻抗。

　　然而，由于NPN的基極是由高阻抗PNP電流源驅(qū)動(dòng)的，所以準(zhǔn)LDO的輸出阻抗不會(huì)達(dá)到使用NPN達(dá)林頓管的NPN穩(wěn)壓器的輸出阻抗那樣低，當(dāng)然它比真正的LDO的輸出阻抗要低。

　　也就是說準(zhǔn)LDO的功率極點(diǎn)的頻率比NPN穩(wěn)壓器的低，因此準(zhǔn)LDO也需要一些補(bǔ)償以達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)然了這個(gè)功率極點(diǎn)的頻率要比LDO的頻率高很多，因此準(zhǔn)LDO只需要很小的電容，而且對ESR的要求也不很苛刻。

　　例如，準(zhǔn)LDO LM1085可以輸出高達(dá)3A的負(fù)載電流，卻只需10uF的輸出鉭電容來維持穩(wěn)定性。準(zhǔn)LDO制造商未必提供ESR范圍的曲線圖，所以準(zhǔn)LDO對電容的ESR要求很寬松。

　　低ESR的LDO

　　國半（NS）的兩款LCO，LP2985和LP2989，要求輸出電容貼裝象陶瓷電容一樣超低ESR。 這種電容的ESR可以低到5～10mΩ。 然而這樣小的ESR會(huì)使典型的LDO穩(wěn)壓器引起振蕩（圖18）。

　　為什么LP2985在如此低ESR的電容下仍能夠穩(wěn)定工作？ 國半在IC內(nèi)部放置了鉭輸出電容來補(bǔ)償零點(diǎn)。這樣做是為了將可穩(wěn)定的ESR的上限范圍下降。LP2985的ESR穩(wěn)定范圍是3Ω到500MΩ，因此它可以使用陶瓷電容。未在內(nèi)部添加零點(diǎn)的典型LDO的可穩(wěn)定的ESR的范圍一般為100mΩ-5Ω，只適合使用鉭電容并不適合使用陶瓷電容。

　　要弄清ESR取之范圍上限下降的原因，請參考圖15。上文提到，此LDO的零點(diǎn)已被集成在IC內(nèi)部。因此外部電容產(chǎn)生的零點(diǎn)必須處在足夠高的頻率，這樣就不能使帶寬很寬。否則，高頻極點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的相移從而導(dǎo)致振蕩。

　　使用場效益管（FET）作為導(dǎo)通管LDO的優(yōu)點(diǎn)

　　LDO穩(wěn)壓器可以使用P-FET（P溝道場效應(yīng)管）作為導(dǎo)通管（圖19：P溝道場效應(yīng)管LDO內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖）。為了闡述使用Pl-FET LDO 的好處，在PNP LDO（圖2）中要驅(qū)動(dòng)PNP功率管就需要基極電流?；鶚O電流由地腳（ground pin）流出并反饋回反相輸入電壓端。因此，這些基極驅(qū)動(dòng)電流并未用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。它在LDO穩(wěn)壓器中耗損的功耗由下式計(jì)算：

　　PWR（Base Drive）＝Vin × Ibase （11）

圖19

　　需要驅(qū)動(dòng)PNP管的基極電流等于負(fù)載電流除以β值（PNP管的增益）。在一些PNP LDO穩(wěn)壓器中β值一般為15～20（與負(fù)載電流相關(guān)）。此基極驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生的功耗可不是我們期望的（尤其是在電池供電的低功耗應(yīng)用中）。P溝道場效應(yīng)管（P-FET）的柵極驅(qū)動(dòng)電流極小，較好地解決這個(gè)問題。

　　P-FET LDO穩(wěn)壓器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是通過調(diào)整場效應(yīng)管（FET）的導(dǎo)通阻抗（ON-resistance）可以使穩(wěn)壓器的跌落電壓更低。 對于集成的穩(wěn)壓器而言，在單位面積上制造的場效應(yīng)功率管（FET power transistors）的導(dǎo)通阻抗會(huì)比雙極型開關(guān)管（Bipolar ONP Devices）的導(dǎo)通阻抗低。這就可以在更小封裝（Packages）下輸出更大的電流。