一种高电源抑制比输出电压可调的低压差线性稳压器设计

作     者：夏俊雅 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾以成

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：LDO 高阶曲率补偿 共源共栅 带隙基准电压源 PSRR 

摘      要：随着科技的不断发展,便携式产品在我们的日常生活中起着越来越重要的作用,作为核心的电源管理芯片也迎来了极大的挑战。根据应用需求和转换过程的不同,电源管理芯片可以划分四类,即交流到交流(AC-AC)、直流到交流(DC-AC)、交流到直流(AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)作为DC-DC器件中的佼佼者更是从中脱颖而出。LDO稳压器以其高精度、高稳定性和外围电路简单等优点,广泛的应用到各种电子产品中。但是由于自身结构的局限性,LDO只能够实现降压的功能,目前正朝着低功耗、高集成度、高电源抑制比、快速响应、高稳定性的趋势发展。本文设计了一款高电源抑制比输出电压可调的低压差线性稳压器。通过提高整个LDO的电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)来降低功耗,提高系统精度,通过对输出电压的可调控制可以增大芯片的应用范围。具体研究思路:为提高PSRR,对其中关键模块——带隙基准电压源和误差放大器进行了创新设计及优化。带隙基准电压源采用共源共栅来提高PSRR,采用电流抽取电路结构,在高温阶段抽取与温度正相关电流,低温阶段抽取与温度负相关的电流,使得电压基准源在整个工作温度范围内有多个极值点,降低温漂系数,为系统提供高精度基准电压。误差放大器采用两级输出加一级缓冲的多级运放结构,其中两级输出保证运放的高增益,缓冲级采用甲乙类推挽式缓冲结构来保证调整管栅极快速充放电,实现快速响应;增加米勒补偿电路来增强系统的稳定性;为电源VDD设计两条信号通路,通过控制通路输出电阻的大小,达到提高PSRR的目的。为实现输出电压可调、达到扩大输出电压范围的目的,在相应的输出电阻端接入MOS开关管,通过控制各个开关管的栅极电压来控制其关断情况,实现总输出电阻值的调节,进而达到输出电压可调的目的。采用华宏0.35μm BCD工艺对LDO顶层电路在不同输入电压、工艺角下进行前仿真验证。结果表明,当输入电压为2.7V～5.5V范围时,输出电压为1.225V～5.5V-VDo,最大输出电流为1.5A,最大漏失电压为580mV@1.5A。具有较高的电源抑制比,在典型情况下,频率为10kHz时,电源抑制比可以达到74dB。同时芯片具有使能关断、过温保护、欠压保护以及输出限流保护功能。