一款可實現(xiàn)超低壓差CMOS線性穩(wěn)壓器的設(shè)計方案

瞬態(tài)響應(yīng)是穩(wěn)壓器的動態(tài)特性，指負載電流階躍變化引起輸出電壓的瞬態(tài)脈沖現(xiàn)象和輸出電壓恢復(fù)穩(wěn)定的時間，與輸出電容COUT和輸出電容的等效串聯(lián)電阻RESR，以及旁路電容Cb有關(guān)，最大瞬態(tài)電壓脈沖值ΔVTR(MAX)為：

其中： IO(MAX)是指發(fā)生階躍變化的最大負載電流;Δt1是穩(wěn)壓器閉環(huán)的響應(yīng)時間，與穩(wěn)壓器閉環(huán)帶寬(0dB頻率點)有關(guān)。設(shè)計應(yīng)用時需考慮降低穩(wěn)壓器的瞬態(tài)電壓脈沖，即提高穩(wěn)壓器的帶寬，增大輸出和旁路電容，降低其等效電阻。

5、輸出精度

穩(wěn)壓器的輸出精度是由多種因素的變化在輸出端共同作用的體現(xiàn)，主要有輸入電壓變化引起的輸出變化ΔVLR、負載變化引起的輸出變化ΔVLDR、基準漂移引起的輸出變化ΔVref、誤差放大器失調(diào)引起的輸出變化ΔVamp、采樣電阻阻值漂移引起的輸出變化ΔVres、以及工作溫度變化引起的輸出變化ΔVTC，輸出精度ACC由下式給出：

其中ΔVref、ΔVamp及ΔVres對ACC影響較大，故基準電壓源、誤差放大器及采樣電阻網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)在設(shè)計時需重點考慮。

電路設(shè)計及模擬結(jié)果

1、帶隙基準電壓源的設(shè)計

基準電壓源是線性穩(wěn)壓器的核心模塊，是影響穩(wěn)壓器精度的最主要因素。帶隙基準電壓源的工作原理是利用晶體管的VBE所具有的負溫度系數(shù)與不同電流密度下兩晶體管之間的ΔVBE所具有正溫度系數(shù)的特性，乘以合適的系數(shù)使二者相互補償，從而得到低溫漂的輸出電壓。

電路實現(xiàn)如圖2所示，有：

其中n為Q1、Q2的發(fā)射區(qū)面積比。Hspice模擬結(jié)果表明，當電源電壓變化范圍在2.5～6V之間時，常溫下VREF = 1.254V，溫度變化范圍在-30～120℃之間時，溫漂系數(shù)小于10×10-6/℃。

圖2帶隙基準源電路2、誤差放大器的設(shè)計

誤差放大器將輸出反饋采樣電壓與基準電壓進行差值信號比較放大，輸出后控制調(diào)整管的導通狀態(tài)，保持Vout穩(wěn)定，其增益、帶寬及輸入失調(diào)電壓等指標對穩(wěn)壓器的輸出精度、負載和電壓調(diào)整能力、瞬態(tài)響應(yīng)等特性有較大影響，電路實現(xiàn)如圖3所示。通過Hspice模擬得到該誤差放大器在VCC1為4.2V時，其輸入失調(diào)電壓為0.05μV，直流增益為110dB，帶寬達到10MHz.

圖3誤差放大器電路

3、過流限制模塊的設(shè)計

過流限制電路的設(shè)計思路是通過對調(diào)整管柵源電壓進行采樣，實現(xiàn)控制調(diào)整管的柵極電壓，從而達到限制輸出電流的目的，電路實現(xiàn)如圖4所示。

圖4過流限制電路

當負載電流由小增大時，VDrv隨之降低，調(diào)整管MTG的ID隨之增大，通過M20對調(diào)整管MTG的柵源電壓進行采樣，使得M31的柵極電壓增大，這樣M21的柵極電壓隨之降低，從而實現(xiàn)對VDrv的調(diào)整。通過Hspice模擬得到，當負載電流超過330mA時，M21將開始導通，從而使VDrv隨之提高，使調(diào)整管MTG導通程度減弱，起到限流保護作用。

3.4過熱保護模塊的設(shè)計