工程师必须知道的PMOS LDO工作原理

原创工程师看海 2021-10-08 07:16

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无论什么电子产品，都必须用到电源，在移动端消费类电子产品中，常用的有DCDC电源和LDO电源两种，DCDC的优点是效率高，但是噪声大；LDO正相反，它是效率低，噪声小。

今天我们来介绍下LDO的基本工作原理，仿真一个简单的LDO模型，都是满满的干货。

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1. LDO分类

常见的LDO是由P管构成的，LDO效率比较低，因此一般不会走大电流。针对某些大电流低压差需求的场合，N管LDO应运而生。下图是PMOS和NMOS LDO的系统框图对比。我们暂且忽略系统的传递函数，把目光集中到LDO调节稳定的工作过程，下面我们就先看下PMOS LDO的基本工作流程。

2. LDO工作流程

当Vout由于负载变化或其他原因电压下降时，两个串联分压电阻两端的电压也会下降，进而A点电压下降，A点的电位和Vref电位相比较，误差放大器会减小它的输出，使得G电位下降，Vs电压不变，进而使得|Vgs|的压差增加（我们用Vgs和Vds的绝对值描述PMOS更直观），输出电流Isd会增加，输出电流Isd增加就会使得Vout上升，完成一次反馈控制，使得Vout又回到正常电位。

总结过程如下：

Vout↓——>Va↓——>Vg↓——Iout↑——>Vout↑

3. PMOS驱动

下图是PMOS的输出特性曲线，是PMOS本身的一个特性，根据G、D、S电压不同，MOS会工作在不同的区域，即可变电阻区、饱和区(恒流区)、截至区。LDO中的MOS是工作在恒流区的。

顺着下图绿色箭头指示方向|Vgs|逐渐上升，Ids跟着|Vgs|上升而上升，而这段区域内不管Vds怎么变Id基本不变，换句话说，恒流区内，Ids受Vgs控制，因此基于MOS的放大器有时也被叫做跨导放大器。

4. LDO动态调整

让我们再详细来一次，若Vout异常降低，Vout-Vin=Vd-Vs=Vds，|Vds|上升(Vds<0)，在输出特性曲线中体现为，由状态工作点C转移到D。紧接着反馈回路开始发挥作用，由于Vout下降，则Va降低，运放会使得Vg下降，Vg-Vs=Vg-Vin=Vgs，|Vgs|也上升（|Vgs|<0)，在Vgs驱动下Iout会慢慢上升，在输出特性曲线恒流区内体现为由 D向状态工作点E转移。Iout=Id，随着Vgs上升时，Vds慢慢减小，最终Vout又上升回来，完成了一次完整的反馈控制。