探秘LDO的PSRR参数及周边电路对其影响

大家好,我是电源漫谈,很高兴和各位一起分享我的第9篇原创文章,喜欢和支持我的工程师,一定记得给我点赞、收藏、分享。

加微信[13764329639]与作者微信及进群沟通交流。

LDOLow Dropout Regulator)是嵌入式系统中广泛使用的器件,也是最基本的模拟类电源,由于其输出噪声小,电路简单,所以在各种应用中都是不可或缺的器件,其中有一些重要的参数对电路的性能影响很大,PSRR就是其中的一个,本文以MIC5235-ADJ输出可调整类型的LDO为例,通过仿真详细分析一下PSRR的曲线及周边电路对其有哪些影响,以便在设计中引起注意。

.LDO的基本概念

首先,我们简要回顾一下LDO的基本概念,由于LDO本质的结构,导致其效率比较低,在应用中,一般需要保持输入电压和输出电压有一定的压差,当压差越大时,效率就会越低。这里有一个可以做到的最小压差的指标(Dropout),会在规格书中有说明,以MIC5235-ADJ为例,如图1所示。

图1 Dropout参数示例

可以看到,随着负载电流的增加,这个压差参数也会增加,这是一般的特性。在应用中,压差Dropout参数越小,则越容易保持输出电压不变的前提下降低输入电压,提高效率,在电池供电应用中,也更容易提高电池的使用寿命。

图2 LDO的主要优势

PSRRPower SupplyRejection ratio, 它是指LDO对输入端的AC分量的衰减的参数,PSRR越大,则纹波及噪声从输入端到输出端的衰减比例越大,如图3表达式所示。

图3 PSRR的基本概念及表达式

LDO相比DC/DC的主要优势中,输出噪声低是一个典型的选择LDO作为电源的供电的原因,而PSRR对输出噪声的影响是比较大的,比如当LDO的前级是一个DC/DC电源时,如图4,所示,DC/DC会给LDO输入带来高频纹波及一些高频噪声,此时LDOPSRR参数对输出电压的纹波及噪声影响很大,有必要对其详细分析。

图4 典型的嵌入式系统电源架构

接下来,我们简单看一下MIC5235这个高耐压LDO的基本情况。以下图5是输出可调整版本的典型应用框图,我们设置输出电压为9V,输入电压为12V,输出按照150mA电流,输出电容为2.2uF/5mohm ESR

图5 MIC5235-ADJ的典型应用框图

由于输出电压设为9V,按照分压电阻和参考电压的关系,我们设置相应的分压电阻R1,R2,分别为62.58k10k

图6 分压电阻设置

MIC5235的规格书中找到了PSRR的曲线,可以看到如图7所示,在低频下PSRR相对比较高,随着频率的增加到200kPSRR逐渐降低,然后又随着频率的增加而增加一直到1M,大概是这样的一个趋势。

图7 MIC5235的PSRR曲线

接下来,我们通过仿真的方式,看一下仿真的PSRR和实际规格书是否一致,另外,再看一下外围电路变化对其有什么影响。

.LDOPSRR基本仿真结果

仿真原理图很简单,直接按照规格书的典型应用电路设置,如图8所示,根据PSRR的基本概念,它是输入到输出的电压增益的对数坐标值,所以我们采用小信号测试的仪器去测试输入电压到输出电压的增益,在输入电压源上施加干扰源。

图8 MIC5235-ADJ的PSRR仿真

图9 LDO输出电压时域波形

经过仿真瞬态后,LDO输出电压,如图9所示,基本正常,输出电压稳定在9V.

图10 MIC5235-ADJ的PSRR增益

PSRR的仿真结果来看,从低频10Hz1k左右,增益基本在42db左右。从1k50k附近增益逐渐降低,最低达到25db。从50k10M一直在增大衰减,最大为80db左右(和规格书曲线基本一致,但由于一些非理想因素略有差异)。

.LDOPSRR外围电路影响因素仿真

接下来,我们看一下外围电路对LDOPSRR的影响有多大。以上述仿真结果为比较基准。首先我们修改一下输出滤波电容的值,由2.2uF改为22uF

图11 输出滤波电容容值增大

图12 输出电容容值增大对PSRR的影响

从图12的仿真结果看,在输出电容ESR不变的情况下,增大容值后,从3k一直到10M的频段内,PSRR都有大幅增加,滤波效果很明显,输出电压波形良好,稍有一些过冲。

图13 输出电容容值增大时输出电压波形

图14 输出电容ESR改为1mohm

在保持输出电容不变的情况下,将ESR电阻从5mohm改为1mohm,依然将初始仿真结果作为参考基准。

图15 输出电容ESR减小对PSRR的影响

从图15仿真结果来看,输出电容容值不变的情况下,选择ESR更小的电容,将提高高频段的衰减。

图16 输出电容ESR大幅增加的影响

ESR大幅度增加,从5mohm变到50mohm,则发现对高频段的影响非常大,从600k10M衰减变小了很多。

图17 增加前馈电容1n

如图17,在输出分压电阻上增加1n的前馈电容,依然将原始仿真结果作为基准。

图18 增加前馈电容对PSRR的影响

增加1nF前馈电容后,发现中频段,从1k100k的衰减有大幅度增加。

图19 增加前馈电容后输出电压波形

 

总结,通过对LDOPSRR的仿真,我们可以知道,在规格书给出的PSRR特性曲线基础上进一步优化电路系统的PSRR若干有效的方法,如通过调整增大输出电容及减小其ESR对中高频段的PSRR有很大帮助,而通过增加前馈电容,对中频段的PSRR有很大帮助,在保持环路稳定性的前提下,适当调整外围电路参数,有助于进一步改善PSRR的特性。

 今天的内容就到这里了,感谢观看,记得点赞,分享,收藏。我是电源漫谈,谢谢鼓励和支持!

声明:本内容为作者独立观点,不代表电子星球立场。未经允许不得转载。授权事宜与稿件投诉,请联系:editor@netbroad.com
觉得内容不错的朋友,别忘了一键三连哦!
赞 4
收藏 3
关注 25
成为作者 赚取收益
全部留言
0/200
成为第一个和作者交流的人吧