一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器制造技术

本发明专利技术公开了一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器，包括：误差放大器、驱动增强模块、输出级、电阻分压器以及频率补偿网络；其中频率补偿网络包括PMOS管M

【技术实现步骤摘要】
一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器


[0001]本专利技术涉及低压差线性稳压器，特别涉及一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器。

技术介绍

[0002]现代电子产品离不开电源设备，如智能手机、电话手表、电脑等，当电源电压或电流不稳定时，电子设备无法正常运行，而低压差线性稳压器(LDO)能够给电子设备提供一个稳定可靠的电源。
[0003]如图1所示，传统的LDO稳压器是利用负载电容C
L
的等效串联电阻ESR来对系统环路进行频率补偿。
[0004]该电路主极点为
[0005][0006]次主极点为
[0007][0008]次级点为
[0009][0010]其中R0为运放的输出阻抗，C
G
为功率管MP的栅端电阻。
[0011]LDO要有较大的带负载能力则输出端负载通常较小，要想使LDO的环路稳定则必然要使输出端极点P1作为环路的主极点，因此需要输出端外接较大的频率补偿电容，从而在输出端节点产生极点频率较小的主极点，而外接电容又会使LDO环路中产生一个次级点P2，这个极点通常位于环路的单位增益带宽内，这会影响环路的稳定性。为了消除这个次级点的影响，直接的方法就是通过外接电容自身的等效串联电阻ESR来共同产生一个接近于次级点P2的零点，可以产生合适的ESR零点与次级点相抵消，于是LDO环路稳定。误差放大器的输出阻抗与功率管的栅电容产生极点P3一般位于相对于主极点的高频段，并处于单位增益带宽外附近。LDO在负载较轻时，输出端的主极点较小，主极点与次级点的距离较远，环路较稳定。LDO环路稳定性最差时出现在重负载情况下，此时主极点随负载电阻的减小而增大，此时电路的单位增益带宽和次级点的相对位置决定着环路的相位裕度，从而影响环路的稳定性。同时该方法对片外电容的要求较高，对电容的ESR电阻有一定的要求。
[0012]现有技术中对系统环路进行频率补偿的方法，还包括密勒补偿、零极点跟踪补偿等。
[0013]密勒补偿是一种最常用到的频率补偿方法，如图2所示的LDO采用控制零点的密勒补偿，通过调零电阻可以实现一个左半平面的零点，提高环路的相位裕度，保证环路的稳定
性。
[0014]然而该补偿方法受限于负载变化范围的限制，当LDO为片内集成LDO时，由于负载相对固定，变化较小，该补偿方法可以有效对相位裕度进行补偿。但当负载变化较大时，该方法并不适用。
[0015]图2中各零极点分别为
[0016][0017][0018][0019]当1/g
MP
小于调零电阻R0时，Z1将变为左半平面的零点，由此可以有效提高电路的相位裕度。但当负载电流变化时，g
MP
也将发生变化，因此Z1的位置将随负载电流的大小而变化。在负载电流很大的情况下，环路将变得不稳定，因此该方法并不适合于负载电流变化较大的情况。
[0020]由于单纯的密勒补偿无法满足实际需求，因此提出了图3所示的改进型密勒补偿架构，该架构中R0是R
N
的10倍，在轻载和重载的情况下，分别控制V
ctrl
，从而实现不同情况下的应用。但该方法增加了设计的复杂性，当外界环境突然发生变化时，该电路必须有额外的控制环路使其能自动控制V
ctrl
的开启或者关断，从而保证环路的稳定性。
[0021]2002年，C.K.Chava等人在国际会议上提出了一种零极点跟踪补偿方法，文献名字为《Pole
‑
zero tracking frequency compensation for low dropout regulator》。其中，零极点追踪电路如图4所示，由一个PMOS管和电容组成，由于M7和电容C
CC
相连，没有对地的导通电流，因此M7的漏源电压为零，当M7导通时，必然处于深度线性区。M7的等效电阻为
[0022][0023]从上式可以看到，M7管的等效电阻和功率管栅源电压的绝对值成反比。负载电阻R
L
在驱动管工作在饱和区时有
[0024][0025]此时电路的零点频率为
[0026][0027]比较R7和R
L
的表达式，如果选择合适的M7的宽长比可以使其等于
[0028][0029]从而达到Z0抵消P0的作用。但是现有的零极点跟踪补偿方法，不能根据实际使用情况对相位裕度任意调节。LDO要想稳定工作，需要具有良好的相位裕度，相位裕度过低容易引起电路输出震荡。

技术实现思路

[0030]本专利技术目的是：提供一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器，可以根据实际使用情况对相位裕度任意调节，提高电路的响应速度。
[0031]本专利技术的技术方案是：
[0032]一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器，即LDO包括：误差放大器、驱动增强模块、输出级、电阻分压器以及频率补偿网络；其中：
[0033]输出级，采用PMOS功率管M
P
，功率管M
P
的源极接电源V
dd
，漏极为LDO的输出端V
OUT
，连接负载端，栅极为输入控制端；
[0034]驱动增强模块，输出端连接功率管M
P
的栅极；
[0035]电阻分压器，连接输出端V
OUT
，输出反馈电压V
A
到误差放大器；
[0036]误差放大器，正输入端接基准电压V
ref
，负输入端接反馈电压V
A
，输出端接功率管M
P
的栅极；
[0037]频率补偿网络，包括PMOS管M
41
、M
42
、M
43
...M
4N
，开关K2、K3...K
N
，零点补偿电阻R3、调零电阻R4、补偿电容C1、NMOS管M5；其中：
[0038]PMOS管M
42
、M
43
...M
4N
的源极接电源V
dd
，栅极接PMOS功率管M
P
的栅极；PMOS管M
42
、M
43
...M
4N
的漏极分别与开关K2、K3...K
N
一端相连，开关K2、K3...K
N
的另一端以及PMOS管M
41
的漏极连接在一起，连接的公共端与零点补偿电阻R3、调零电阻R4相连，零点补偿电阻R3的另一端与功率管M
P
的漏极相连；调零电阻R4的另一端与补偿电容C1相连，同时通过NMOS管M5接地，补偿电容C1另一端与电阻分压器的反馈输出端相连。
[0039]优选的，所述电阻分压器包括分压电阻R1、R2，功率管M
P
的漏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器，即LDO包括：误差放大器、驱动增强模块、输出级、电阻分压器以及频率补偿网络；其中：输出级，采用PMOS功率管M
P
，功率管M
P
的源极接电源V
dd
，漏极为LDO的输出端V
OUT
，连接负载端，栅极为输入控制端；驱动增强模块，输出端连接功率管M
P
的栅极；电阻分压器，连接输出端V
OUT
，输出反馈电压V
A
到误差放大器；误差放大器，正输入端接基准电压V
ref
，负输入端接反馈电压V
A
，输出端接功率管M
P
的栅极；频率补偿网络，包括PMOS管M
41
、M
42
、M
43
...M
4N
，开关K2、K3...K
N
，零点补偿电阻R3、调零电阻R4、补偿电容C1、NMOS管M5；其中：PMOS管M
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、M
43
...M
4N
的源极接电源V
dd
，栅极接PMOS功率管M
P
的栅极；PMOS管M
42
、M
43
...M
4N
的漏极分别与开关K2、K3...K
N
一端相连，开关K2、K3...K
N
的另一端以及PMOS管M
41
的漏极连接在一起，连接的公共端与零点补偿电阻R3、调零电阻R4相连，零点补偿电阻R3的另一端与功率管M
P
的漏极相连；调零电阻R4的另一端与补偿电容C1相连，同时通过NMOS管M5接地，补偿电容C1另一端与电阻分压器的反馈输出端相连。2.根据权利要求1所述的片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电阻分压器包括分压电阻R1、R2，功率管M
P
的漏极接分压电阻R1，分压电阻R1的另一端与分压电阻R2相连，分压电阻R2另一端接地，分压电阻R1、R2的公共端产生反馈电压V
A
。3.根据权利要求1所述的片内集成式频率补偿可调的低压差线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器A1的输出端与功率管M
P
之间还连接有NMOS管M1和M2组...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐兴刚，龙善丽，武凤芹，童紫平，吴传奇，徐福彬，张慧，张紫乾，顾逸尘，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：