16 准LDO补偿
准LDO的稳定性和补偿,应考虑它兼有LDO和NPN稳压器的特性。因为准LDO稳压器利用NPN导通管,它的共集电极组合也就使它的输出极(射极)看上去有相对低的阻抗。
然而,由于NPN的基极是由高阻抗PNP电流源驱动的,所以准LDO的输出阻抗不会达到使用NPN达林顿管的NPN稳压器的输出阻抗那样低,当然它比真正的LDO的输出阻抗要低。
就是说准LDO的功率极点的频率比NPN稳压器的低,因此准LDO也需要一些补偿以达到稳定。当然了这个功率极点的频率要比LDO的频率高很多,因此准LDO只需要很小的电容,而且对ESR的要求也不很苛刻。
例如,准LDO LM1085可以输出高达3A的负载电流,却只需10uF的输出钽电容来维持稳定性。准LDO制造商未必提供ESR范围的曲线图,所以准LDO对电容的ESR要求很宽松。
16.1 低ESR的LDO
TI的两款LCO,LP2985和LP2989,要求输出电容贴装象陶瓷电容一样超低ESR。这种电容的ESR可以低到5~10mΩ。然而这样小的ESR会使典型的LDO稳压器引起振荡。
为什么LP2985在如此低ESR的电容下仍能够稳定工作?TI在IC内部放置了钽输出电容来补偿零点。这样做是为了将可稳定的ESR的上限范围下降。LP2985的ESR稳定范围是3Ω到500MΩ,因此它可以使用陶瓷电容。未在内部添加零点的典型LDO的可稳定的ESR的范围一般为100mΩ-5Ω,只适合使用钽电容并不适合使用陶瓷电容。
要弄清ESR取之范围上限下降的原因,此LDO的零点已被集成在IC内部。因此外部电容产生的零点必须处在足够高的频率,这样就不能使带宽很宽。否则,高频极点会产生很大的相移从而导致振荡。
16.2 使用场效益管(FET)作为导通管LDO的优点
LDO稳压器可以使用P-FET(P沟道场效应管)作为导通管。为了阐述使用Pl-FET LDO的好处,在PNP LDO中要驱动PNP功率管就需要基极电流。基极电流由地脚(ground pin)流出并反馈回反相输入电压端。因此,这些基极驱动电流并未用来驱动负载。它在LDO稳压器中耗损的功耗由下式计算:
PWR(Base Drive)=Vin×Ibase
需要驱动PNP管的基极电流等于负载电流除以β值(PNP管的增益)。在一些PNP LDO稳压器中β值一般为15~20(与负载电流相关)。此基极驱动电流产生的功耗可不是我们期望的(尤其是在电池供电的低功耗应用中)。P沟道场效应管(P-FET)的栅极驱动电流极小,较好地解决这个问题。
P-FET LDO稳压器的另一个优点,是通过调整场效应管(FET)的导通阻抗(ON-resistance)可以使稳压器的跌落电压更低。对于集成的稳压器而言,在单位面积上制造的场效应功率管(FET power transistors)的导通阻抗会比双极型开关管(Bipolar ONP Devices)的导通阻抗低。这就可以在更小封装(Packages)下输出更大的电流。