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快速判断LDO VOUT的变化方向

CHANBAEK 来源: 电源小白 作者: 电源小白 2023-11-07 17:29 次阅读

我们知道,在LDO或者开关变换器里,VIN(输入电压)以及i(负载电流)的突变会引起VOUT(输出电压)的瞬态变化,引起overshoot(过冲)或undershoot(下冲)的现象。当然,这和电路本身的带宽有关。这里仅以LDO为例,快速判断VOUT的变化方向。

下图是负载电流i变化时VOUT的变化情况:

图片

负载电流从轻载到重载的变化会引起VOUT的下冲,且最终稳定值VOUT1小于初始值,根据差值可以算出负载调整率;当电流从重载到轻载变化时,VOUT的变化刚好相反。下面将以典型的LDO结构为例,进行定性分析(不含推导)。

LDO基本结构如图:

图片

这里仅考虑了负载电容的等效串联电阻(ESR),且假定在稳定工作时负载电容VC等于VOUT,即RESR上没有电流流过。当负载变为重载时,负载会抽取更大的电流,如下图所示:

图片

由于反馈环路带宽有限,即响应需要时间,则功率管MP提供的电流保持不变,那么对于突然上升的电流需求,只有通过电容CL提供,则此时RESR有电流流过,并产生压降,则VOUT将小于VC而产生下冲(下冲大致分为两部分,电阻压降是一部分,另一部分是电容CL本身的放电也会导致VC下降,从而使VOUT进一步下降)。并且在最终稳定后,由于功率管MP流过更多的电流,在源漏两端的压降也更大,因此VOUT1小于VOUT。

同理,当负载由重载变化轻载时,LDO电流流向如下图所示:

图片

此时负载对电流的需求下降,由于MP的电流在短时间内不会因为反馈作用而下降,因此提供的电流依旧很大,则多余的电流会流入CL,此时的VOUT等于VC加上电阻上的压降,因此产生电压过冲(也是分为两部分,电阻压降以及因为充电而不断上升的VC)。稳定后,由于MP上压降减小,因此VOUT2大于VOUT。

而对于输入电压VIN的变化引起VOUT的变化,情况类似,如下图所示:

图片

如图,VIN上升会让MP上的电流变大,因为此时有更大的VGS,由于负载电流不变,那么多余的电流需要流入CL,因此这种情况可以等效为负载电流降低,因此VOUT会过冲。同理,VIN下降等效于负载由轻载变为重载。如下图所示:

图片

以上方法只是简单地对VOUT的变化方向进行判断,而对于具体的情况还是需要严格地数学推导。

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