低下降电压调节器及方法技术

一种低下降电压调节器（３００）及方法，包括：差分晶体管配置（Ｑ１－Ｑ２），用于接收参考电压，依赖于其产生调节的输出电压；输出级（Ｑ３），用于连接到负载；和控制环路（３１０），连接到差分晶体管配置，用于提供主极点。由于不使用负载电容用于主极点，通过低负载电容，可能获得操作的稳定性。输出级优选是闭环一致增益放大器，提供低阻抗输出。这提供了下面的优点：１－输出电容可以显著地下降，或者可以被去除（低主极点允许调节器与ＯｎＦ输出电容一起工作）。２－可以降低内部功耗，改善调节器效率。３－提供低输出阻抗，ＤＣ输出电阻非常低。４－外部电容具有的ＥＳＲ（等效串联电阻）可以是零。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Low down voltage regulator and method

A low drop voltage regulator (300) and method, including: differential transistor configuration (Q1 - Q2), for receiving the reference voltage dependent regulation of the output voltage in the output stage; (Q3), for connection to the load; and the control loop (310), connected to a differential transistor configuration for the main pole. Since the load capacitor is not used for the main pole, the operation stability may be obtained through low load capacitance. The output stage is preferably a closed-loop unity gain amplifier providing low impedance outputs. This provides the following advantages: 1 - the output capacitor can be significantly lowered or can be removed (the low main pole allows the regulator to work with the OnF output capacitor). 2 can reduce the internal power consumption, improve the efficiency of regulator. 3 provides low output impedance, DC output resistance is very low. 4 external capacitor with ESR (equivalent series resistance) can be zero.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电压调节器，具体涉及低下降(LDO)电压调节器。
技术介绍
低下降电压调节器是这样一种调节器电路提供指定的和稳定的DC电压(其输入-输出电压差通常较低)。电路的工作是基于用于控制驱动负载的传递器件(诸如功率晶体管)的输出电流的放大差信号的反馈的。下降电压是失去调节的输入/输出差电压的值。该调节器的低下降电压特性使得它(相比于其他类型的调节器，诸如dc-dc转换器和开关调节器)适用于许多应用，诸如汽车、便携和工业应用。在汽车工业中，低下降电压在冷曲柄(cold-crank)条件期间是必需的，该条件下汽车的电池电压会低于6V。增加LDO电压调节器的要求在移动电池操作产品(诸如蜂窝电话、寻呼机、摄像记录机和笔记本电脑)中也是显而易见的，其中，LDO电压调节器典型地需要在具有下降的压降的低电压条件下进行调节。典型的已知LDO电压调节器使用差分晶体管对、中间级晶体管和连接到大的(外部的)旁路电容器的传递器件。这些元件构成了提供电压调节的DC调节环路。对于(LDO)低下降电压，通常在最接近的公知技术中，负载电容形成主极点，由此，电容必须规定最小和最大的串联电阻。由于负载是调节环路的一部分，有可能由于诸如寄生电容等不确定因素而导致不稳定性。但是，因为负载是调节环路的一部分，这个方法具有如下缺点●LDO调节器典型地需要外部电容来确保稳定性。●环路DC增益变化对应于负载电阻和电容值。●电容必须指定最小和最大的ESR(等效串联电阻)。因此，需要一种低下降电压调节器来避免上述的缺点。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种低下降电压调节器和用于低下降电压调节的方法，分别如权利要求1和12所述。附图说明一种低下降电压调节器，其中，不使用负载电容“用于主极点”，现在通过示例，参考附图来描述本专利技术，其中图1示出了常规LDO电压调节器的示意电路图，其输出为高阻抗，负载(以及负载电容)是电压调节环路的一部分；图2是说明图1电路的极点追踪状况的图；图3示出了结合到本专利技术中的LDO电压调节器的示意电路图；图4是说明图3电路的主环路的工作状况的图；图5是说明图3电路部分的阻抗跟随器配置的工作状况的图；图6示出了图3的LDO电压调节器的框图示意表示；图7是说明图3电路的工作状况的图。具体实施例方式首先参看图1，现有技术、常规LDO电压调节器(100)使用差分晶体管对配置(T1-T4)，中间级晶体管配置(T5-T6)，以及连接到具有等效串联电阻(ESR)的大的(外部)旁路电容(CL)的传递器件(T7)。差分晶体管对配置(T1-T4)接收带隙(BandGap)参考电压(Vbg)，并通过电压源(VS)提供电源电压(VSupply)。这些元件构成了DC调节环路，其提供对施加于外部旁路/负载电容(CL)的输出电压的低下降电压调节。旁路/输出PMOS器件(T7)允许在电源和输出电压之间获得低下降电压，但是由于输出是PMOS器件(T7)的漏极，输出高阻抗，负载(以及负载电容)是环路的一部分。由于负载电容(CL)用于调节器的主环路，外部电容(CL)将影响环路的稳定性，这纯粹是因为其电容或ESR值太高。现在再参看图2，电压调节环路随频率(f)的增益(A)的图示出了输出电容(CL)所生成的主极点(Fpout)，输出电容(CL)的ESR所生成的零点，差分对配置(T1-T4)所生成的进一步的次主极点(Fpdiff)，以及中间级(T5-T6)生成的进一步的次主极点(Fpin)。应该理解，在中间级单独使用器件T5产生了图2中实线所示的图，加上使用器件T6允许极点Fpout和Fpin的极点追踪，如图中箭头虚线所示。现在参看图3，改进的LDO电压调节器300具有差分放大器B，其输入分别通过各自的分压器r1、r2和通过参考电压源Vref连接到输出节点。差分放大器B的输出连接到双极PNP晶体管Q1的基极，其发射极连接到输出节点，其集电极通过DC电流源Idc连接到地线。级联的双极NPN晶体管Q2的发射极连接到晶体管Q1的集电极，基极通过偏压源Vb连接到地线。晶体管Q2的集电极通过晶体管rg连接到电源电压线Vbat。PMOS晶体管Q3的电流电极连接在电源线和输出节点之间，其控制电极连接到晶体管Q2的集电极。尽管晶体管Q3示为MOS器件，应该理解，也可以使用双极P型晶体管，即PNP器件。电容Cg连接在输出节点和晶体管Q2的集电极之间。输出节点连接到负载电容cL、负载电阻rL和电阻rs所表示的负载。应该理解，晶体管Q3以共源极(“common source”)的结构连接，具有非一致的开环增益，在闭环模式下，该增益变为一致的增益，因为输出Vout与晶体管Q1的发射极相连。在使用LDO电压调节器300的过程中，输入电压vin在差分放大器B的输出处发展，输出电流iin流到晶体管Q1的发射极，电流irg流过电阻rg，输出电流iout从晶体管Q3流到输出节点。应该理解，晶体管Q1具有跨导gm1，晶体管Q3具有跨导gm2。LDO电压调节器电路300可以考虑成下面两个部分●“主环路”310，包括电阻分压器r1、r2和差分放大器B；和●“跟随器阻抗”320，包括图3的其余元件(下面将会更详细地解释，“跟随器阻抗”提供阻抗适应器，用于提供高输入阻抗和低输出阻抗，“跟随器阻抗”还提供具有闭环一致增益的跟随器放大器)。现在再参看图4，图中为增益对比角频率(频率)，“主环路”310的开环工作状况示出了随频率增加，增益具有最大值BK(其中，B是差分放大器B的增益，K=r1r2+r1),]]>直到频率ωpd处的主极点(此后下降并在频率ω0d过零点)。可以看出，vin和vout的比值，即开环增益BOL由下式给出vinvout=BOL=B·K11+j(ωωpd)]]>现在参看图5，图中为开环增益AOL对比角频率(频率)，“跟随器阻抗”320的开环工作状况示出了随频率增加，增益开始于最大值Amax，然后下降(开始于频率ωp的极点，结束于频率ω2的极点，在频率ω0过零值)。应该理解，“跟随器阻抗”320的闭环增益ACL(虚线所示)开始于零值，直到频率ω0，此后变得与开环增益AOL相同，在频率ω2下降到最小值Amin。可以看出，开环增益AOL由下式给出AOL=(Gi+1)·gm1·rL(1+jωω21+jωωp)]]>其中，Gi=ioutirg,ωp=1(rL+rS)·cL,ω2=1rS·cL,ω0=1re(Gi+1)·cL,]]> Amax＝gm1·(Gi+1)·rL，在高频率处，Amin=rSre(Gi+1),]]>闭环增益由下式给出ACL=11+j(re·cL·ωGi+1)]]>其中，re是晶体管Q1的动态阻抗，等于 应该注意到，负载阻抗(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低下降电压调节器，包括：晶体管装置（Ｑ１－Ｑ２），用于接收参考电压，并有赖于此而产生调节的输出电压；输出级（Ｑ３），用于连接到负载；第一直流（ＤＣ）控制环路装置（３１０），连接到所述晶体管装置（Ｑ１－Ｑ２），用于 提供主极点；和第二直流（ＤＣ）控制环路装置（３２０），用于提供非主极点，由此通过低负载电容获得工作的稳定性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒂埃里西卡尔，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]