电压稳压器内部结构和工作原理案例分析:深入探讨实例帮助理清概念
0 2023-12-05


电压稳压器内部结构



为了进一步理解线性型电压稳压器的工作原理,首先考虑IC内部的各模块构成和作用。


电压稳压器的内部大致分为4个模块。

(a)基准电压 (VREF : Voltage Reference)

IC内部的基准电压。


电压稳压器作为误差放大器比较用的基准电源使用。


在实际的IC中,误差放大器以外的模块也使用基准电压。

(b)反馈电阻(反馈电阻:RFB1、RFB2)

把输出电压分压,产生误差放大器的比较电压。


在实际的IC中,通过改变RFB1和RFB2的比率,调整为输出所需的设定输出电压。

(c)误差放大器(Error AMP)

通过比较基准电压和反馈电阻的反馈电压,控制驱动晶体管/FET以达到所需的设定输出电压。


由于电压稳压器进行负反馈控制,因此控制驱动晶体管/FET,使基准电压和反馈电阻的反馈电压相同。
通过该负反馈操作,无论输入电压或输出电流如何,调整驱动晶体管/FET的电阻值,使输出电压恒定。

(d)驱动晶体管/FET

根据来自误差放大器的信号,变更电阻值的晶体管/FET。
一般使用Pch FET的产品很多,但也有使用Nch FET和PNP/NPN晶体管的产品。
即使晶体管/FET的种类不同,调整电阻值的作用是一样的。




电压稳压器的工作原理




关于电压稳压器的工作原理,是根据输入电压和输出电流调节驱动晶体管/FET 的电阻值,使输出电压保持恒定。在此说明如何根据输入电压和输出电流,调节驱动晶体管/FET的电阻值,使输出电压保持恒定。
驱动器FET的电阻值控制是通过使用误差放大器的反馈电路(负反馈电路)调整驱动器FET的栅极电压(=误差放大器的输出)来进行的。
具体来说,通过误差放大器进行“输出电压的分割电压:FB”和“基准电压:VREF”的比较,调整驱动器FET的栅极电压,使差值为零,从而使输出电压保持一定。
光是这个说明很难掌握其中的含义,所以用简单的例子来了解误差放大器的工作原理。



案例1:输出电压低于设定输出电压时

输出电压低于设定输出电压时,FB电压低于误差放大器的基准电压VREF,使误差放大器的输出电压降低。
误差放大器的输出是输入Pch驱动器FET的栅极,降低Pch驱动器FET的导通电阻“Ron”。
Pch驱动器FET的导通电阻“Ron”下降时,驱动器FET的电压下降会减少,因此输出电压会上升。通过该操作,比设定输出电压低的输出电压会上升。
该操作将持续到输出电压等于设定输出电压值为止。



VOUT ⇒ FB < VREF


⇒ Error AMP : Low ⇒ Pch Driver “Ron


也就是说


如果VOUT低于设定值,则降低Pch驱动器Ron,提高VOUT


由此,使VOUT稳定在设定值。

案例2:输出电压高于设定输出电压时

输出电压高于设定输出电压时,误差放大器的FB电压高于基准电压VREF,使误差放大器的输出电压上升。
误差放大器的输出是输入Pch驱动器FET的栅极,提高Pch驱动器FET的导通电阻“Ron”。
Pch驱动器FET的导通电阻“Ron”上升时,驱动器FET的电压下降会增加,因此输出电压下降。通过该操作,比设定输出电压高的输出电压会下降。
该操作将持续到输出电压等于设定输出电压值为止。



VOUT ⇒ FB > VREF
⇒ Error AMP : High ⇒ Pch Driver “Ron

也就是说
如果VOUT高于设定值,则提高Pch驱动器Ron,降低VOUT
由此,使VOUT稳定在设定值。


像这样,通过监视输出电压并进行反馈,以“保持设定输出电压恒定”的方式进行控制的是线性型电压稳压器。



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