基于高温工艺的低压差线性稳压器设计分析

杨博

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州 510700）

0.引言

随着经济的发展，我国人民群众的生活水平也得到了较为明显的提升。在日常生活中使用到了越来越多的电子设备。在这样的背景下，为了提升这些设备的使用功能与作用，就要对其续航能力进行有效地提升与改进。电子产品的未来发展，主要趋向于体积小、性能高的趋势，因此为了满足这样的设计需求，就要进行稳定电源的设计。

1.低压差线性稳压器结构

图1为低压差线稳压器的结构图。如图1所示，在构成低压差线性稳压器时，其芯片基本上都是由模块构成，并涉及到诸多的模块类型。分别为过压保护、功率管、分压电阻、过温保护、过流保护以及误差放大等多方面的模块设计。在这样的设计中，可以针对芯片实现较为可靠的辅助能力，同时还能在运行中辅助模块，基于实际的电路设计需求，进行各项决定[1]。

图1 低压差线性稳压器的结构图

2.基于高温工艺下的低压差线性稳压器

2.1 高温电路的设计标准

MOS晶体管是在晶体管栅的电压工作中，基于某些特定的零温度系统之下所出现的晶体管的漏源电流，并不会温度的变化而出现变化[2]。

图2为MOS管的结构图。其结构处于高温的结构下，往往会出现反向的泄漏电流，因此就会使得电流出现严重的提升。一般情况下，出现这种情况的原因就是由于具体的构成是两个pn结构，所以在低于150℃的时候，就会使得pn结构下的电流，主要呈现出产生的电流，但是电流的数值较小。而在温度高于150℃之后，就会使得在出现泄露的电流之后，主要呈现出反向扩散的电流类型，伴随着温度的不断上升，使得出现越来越明显的变化，这样的情况受到高温影响比较明显，因此就导致MOS的器件所出现的直流以及交流性，有着较为明显的变化特征。

图2 MOS管的结构图

设计中需要对漏极二极管的泄露电流进行考量，其次，还需要在高温条件下的CMOS设计中，对晶体管尺寸进行科学合理的确定，避免对泄露的电流造成不良的影响。

2.2 整体电路结构设计

2.2.1 带隙基准源VREF

带隙基准源，是线性稳压器的重要组成部分，其运行中主要是对于LDO线性稳压器的EA提供一定的参考值。稳压器的仿真功能会对于稳压器的仿真输出电压与电压参考，造成直接的影响。同时，这种电压值的大小精度，也会受到仿真输出电压结果的影响。

2.2.2 电路EA

受到电路设计的影响，反馈电阻会影响反馈电压，从而对功率管造成栅压。功率管会对负载电流造成影响，从而影响到电压。本文的设计方案，强调利用EA对传统的运放结构进行处理，并对其结构中的高温电路进行合理设计，保障在第一级输出端能够实现缓冲级和跟随式零点补偿结构，让电路的整体稳定性得到保障[3]。

2.2.3 保护模块

在对芯片进行设计的过程中，为了保障其温度高于预先的设计温度标准，以此可以实现自动的断开操作，往往需要在设计出LDO产品的时候，在内部安装一定的过温保护模块。其次，在电路当中的电流，一旦超出了某些指标，就会导致在其电流的过程中，使得需要设计出良好的电阻值。但是，对于不需进行过流保护的电路，在其中各种器件的运行中，如果出现电流过大，或者在温度上升的过程中，会在温度的作用之下烧毁。在进行设计的过程中，需要科学合理地设计以及分析，以此保障系统运行的时候，可以有着较高的合理性。

2.2.4 反馈网络

LDO具有负反馈功能性，在反馈电压的组成中，可形成负反馈网络，会直接影响到LDO的线性稳压器，因此内部关键参数设计对精确度要求高，花费成本高。设计过程中，应对LDO参数进行分析，让LDO性能提升到最佳的状态。

2.3 带隙基准模块设计

基准作用，是在一个范围内，伴随着温度的变化，或者受到其他因素的影响，导致出现微小电压变化的情况。上述现象，会被当做电路的偏置设计基础。同时，电压偏差值的出现，会导致电压稳定性差。需要对温度特性曲线进行分析，保障线性调整率可以得到处理。带隙电压的基准，会受到高精度、低温度的影响，导致高电源电压的抑制比较高。在本文的设计中，主要就基于带隙基准的结构为标准。同时，将其众多的温度补偿点进行了合理的设计，保障器件的实际工作温度维持在-55℃～175℃之间，这样就可以满足各方面的实际使用需求[4]。

2.4 衡量基准模块性能

2.4.1 功耗

首先需要对其深压微米短沟道的长度进行考量，使其呈现出电源电压、低功耗的特征。这样的功耗程度往往可以对芯片的稳定性产生帮助，一般较为常见。另外还需要进行拓扑结构设计，提升某些电路的实际性能，形成更快的速度。为了保障系统可以更加高效地运行下去，还要保障对芯片性能进行提升，保证芯片散热良好。在高速的LDO线性稳压器的使用中，其基准的电压源有着一定的功耗限制条件。

2.4.2 温度偏移系统分析

首先，在当下基准电压源当中，为了保障电压始终保持在一个较为理想的状态当中，但是在实际的情况下，往往温度对于输出精度有着直接的影响。当下的温度偏移系数的出现，就是一种对于基准电压源的输出电压的分析，以此使得电压会伴随着温度的变化影响，以此形成了一个明确的参数。

其次，对于环境的温度变化单位，往往需要进行针对性地分析，以此保障带隙急转电压源会伴随着输出电压的实际变化，呈现出多种不同的变化趋势。其次，在分子表示输出电压的过程中，所出现的最大值与最小值之间的差值，便可以通过分母的方式，对最大值与最小值进行计算之后，得出相应的平均值，同时，在不同的温度偏移系统的情况下，使得对于带隙的基准电压源的输出会受到电压的实际影响。

2.4.3 电源电压抑制比

在进行模拟集成电路的过程中，其电源线往往有着一定的噪声，因此就使得在设计的过程中，需要对这种噪声进行有效地控制。在电源电压的抑制比当中，往往是体现出对于这种噪声的抑制性的能力，因此这也成为了一种电路的重要设计参数，只有利用合理的方式，才可以提升设计的合理性。

3.结语

为了保障设备的高效性，就需要伴随着应用范围的提升，而提升设计应用范围，以此在各种高温环境下，保障低压差线性稳压器可以稳定地运行下去，不会受到温度的影响，而导致一些故障问题，从而使设备的性能得到最佳发挥。