一款可實(shí)現(xiàn)超低壓差CMOS線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)方案

瞬態(tài)響應(yīng)是穩(wěn)壓器的動態(tài)特性，指負(fù)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(shí)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(fù)載電流;Δt1是穩(wěn)壓器閉環(huán)的響應(yīng)時(shí)間，與穩(wěn)壓器閉環(huán)帶寬(0dB頻率點(diǎn))有關(guān)。設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)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(fù)載變化引起的輸出變化ΔVLDR、基準(zhǔn)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(zhǔn)電壓源、誤差放大器及采樣電阻網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮。

電路設(shè)計(jì)及模擬結(jié)果

1、帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)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(zhǔn)電壓源的工作原理是利用晶體管的VBE所具有的負(fù)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(bǔ)償，從而得到低溫漂的輸出電壓。

電路實(shí)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(dāng)電源電壓變化范圍在2.5～6V之間時(shí)，常溫下VREF = 1.254V，溫度變化范圍在-30～120℃之間時(shí)，溫漂系數(shù)小于10×10-6/℃。

圖2帶隙基準(zhǔn)源電路2、誤差放大器的設(shè)計(jì)

誤差放大器將輸出反饋采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行差值信號比較放大，輸出后控制調(diào)整管的導(dǎo)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(biāo)對穩(wěn)壓器的輸出精度、負(fù)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(shí)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(shí)，其輸入失調(diào)電壓為0.05μV，直流增益為110dB，帶寬達(dá)到10MHz.

圖3誤差放大器電路

3、過流限制模塊的設(shè)計(jì)

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

圖4過流限制電路

當(dāng)負(fù)載電流由小增大時(shí)，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(jìn)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(shí)現(xiàn)對VDrv的調(diào)整。通過Hspice模擬得到，當(dāng)負(fù)載電流超過330mA時(shí)，M21將開始導(dǎo)通，從而使VDrv隨之提高，使調(diào)整管MTG導(dǎo)通程度減弱，起到限流保護(hù)作用。

3.4過熱保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)