一种用于LDO的极点-极点跟踪频率补偿电路制造技术

一种用于LDO的极点

【技术实现步骤摘要】
一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路


[0001]本专利技术属于半导体集成电路领域，进一步来说涉及低压差电源集成电路领域，具体来说，涉及一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路。

技术介绍

[0002]LDO(即低压差线性稳压器)作为电源管理模块中的重要组成部分，被广泛应用于数据采集、电池供电、低功耗以及工业控制等各种系统中，为其提供着稳定可靠的电源环境，其输出电压是否稳定且不被电源及负载突变干扰，直接决定了系统整体的性能。
[0003]LDO本质上是一个稳定的负反馈系统，保证LDO环路反馈稳定是电路设计中最基本的要求，随着系统设备的不断发展，要求LDO的输出电流越来越大，这就使得在工作时负载电流将会在大范围内移动，输出极点POUT也会在很大频率范围内移动，这将会大大提高频率补偿的难度，处理不当甚至会造成整个系统的不稳定，在LDO中存在两个会影响环路稳定性的低频极点，分别是误差放大器输出端即功率管输入极点Pe和输出极点POUT，一方面，由于负载电流越来越大要求功率管有更大的尺寸，而更大的寄生电容会将功率管输入极点Pe推至低频，难以进行补偿；另一方面输出端极点的位置则会随着负载电流的变化在很大频率范围内变化。如图1所示，传统LDO的结构框图由带隙基准、误差放大器、电阻分压网络、功率管构成，在该电路中至少会有两个低频极点会影响整个反馈环路的稳定性，一个输出极点POUT，一个功率管输入端极点Pe，如何处理这两个低频极点的主次关系和位置关系是保证LDO环路稳定的关键。特别在大电流场景下，负载电流将会在大范围内移动，输出极点POUT也会在很大频率范围内移动，频率补偿变得十分困难，甚至无法补偿，严重制约了LDO的输出电流。在以往的设计中，通过在误差放大器和功率管之间插入一级缓冲器将功率管输入极点推向高频，达到补偿效果，但随着负载电流的不断加大，这样的缓冲级显然不在适用。因此，受到频率补偿的制约，在传统结构的LDO中很难将负载电流做大。
[0004]因此如何处理好功率管输入极点和输出极点的主次关系以及两者之间的位置，并且在大负载电流范围内保证环路的稳定这一问题是LDO设计中的重点。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：解决LDO在大负载电流下，现有技术难以进行频率补偿以提高LDO稳定性的问题。
[0007]本专利技术的构思是：将输出极点POUT作为LDO的主极点，将功率管输入极点Pe作为次主极点，通过在传统LDO结构中误差放大器和功率管之间插入极点
‑
极点跟踪频率补偿电路作为缓冲级。如图2所示，本专利技术电路在传统LDO结构中的插入位置，分别连接在误差放大器的输出端和功率管的输入端作为一缓冲级，起到功率管输入端极点Pe跟随输出极点POUT在负载电流变化范围内相同一方向移动的作用。与传统缓冲级不同的是，本专利技术所提出的缓冲级利用电流采样电路采样输出电流，使得功率管输入极点Pe与负载电流相关联，在负载
电流变化范围内跟随输出极点沿同一方向移动，形成极点
‑
极点跟踪效果，以此达到维持反馈回路稳定的目的，同时加入反馈电路用于控制两极点之间的位置关系使得功率管输入极点Pe始终在单位增益带宽以外，自此解决了功率管输入极点和输出极点的主次关系以及两者之间的位置关系。
[0008]为此，本专利技术提供一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路，原理框图如图3
‑
4所示。
[0009]包括：缓冲级单元电路、反馈单元电路、电流镜电路、电流采样单元电路、环路补偿单元电路。
[0010]所述缓冲级单元电路的输入端与前级误差放大器的输出端连接，输出端与后级功率放大器的输入端连接。所述缓冲级单元电路用于产生跟随负载电流变化的输出极点，实现功率管输入极点
‑
输出极点跟踪频率补偿，连接到功率放大器输入端。
[0011]所述反馈单元电路的输入端与后级功率放大器的输入端连接，输出端与缓冲级单元电路的负载端连接。所述反馈单元电路包括电流放大器，用于补偿所述缓冲级单元电路电流，实现对所述缓冲级单元电路输出极点的调整。
[0012]所述电流镜电路的输出端与缓冲级单元电路的负载端连接。所述电流镜电路用于复制所述电流采样单元电路采样电流，为所述缓冲级单元电路提供可变负载。
[0013]电流采样单元电路的输入端与后级功率放大器的输入端连接，输出端与缓冲级单元电路的输出端、电流镜电路的恒流负载端连接。所述电流采样单元电路用于按比例采样LDO的功率放大器电流；
[0014]环路补偿单元电路的输入端与后级功率放大器的输入端连接，输出端与缓冲级单元电路的负载端连接。所述环路补偿单元电路用于对所述缓冲级单元电路与所述反馈单元电路所构成环路进行频率补偿。
[0015]所述的一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路的补偿算法如下：
[0016]将输出极点POUT作为LDO的主极点，将功率管输入极点Pe作为次主极点，通过在传统LDO结构中误差放大器和功率管之间插入本专利技术电路作为缓冲级，利用电流采样电路采样输出电流，使得功率管输入极点Pe与负载电流相关联，在负载电流变化范围内跟随输出极点沿同一方向移动，形成极点
‑
极点跟踪效果，以此达到维持反馈回路稳定的目的，同时加入反馈电路用于控制两极点之间的位置关系使得功率管输入极点Pe始终在单位增益带宽以外，自此解决了功率管输入极点和输出极点的主次关系以及两者之间的位置关系，实现LDO在大负载电流下的稳定。广泛应用于大负载电流LDO的频率补偿设计中，提高LDO频率稳定性，简化设计成本。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1.结构简单：仅需要简单的电流镜，源跟随器和电流放大器即可实现，设计结构简单，易于实现，占用面积小。
[0019]2.提高稳定性：合理分配了功率管输入极点和输出极点的主次关系以及两者之间的位置关系，能在大电流范围内实现输出极点跟随功率管输入极点，即极点
‑
极点跟踪，提高环路稳定性。
[0020]本专利技术所述的一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路，广泛应用于大负载电流LDO领域。
附图说明
[0021]图1为现有LDO结构示意图。
[0022]图2为本专利技术电路在现有LDO结构框图中的位置示意图。
[0023]图3为本专利技术电路原理框图示意图。
[0024]图4为本专利技术电路原理示意图。
[0025]图5为插入本专利技术电路后LDO主极点、次极点在空载和重载下的特性效果示意图。
[0026]图6为插入本专利技术电路后LDO增益曲线、相位曲线在空载和重载下的特性效果示意图。
具体实施方式
[0027]如图4
‑
6所示，所述一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路，其特征在于：包括缓冲级单元电路、反馈单元电路、电流镜电路、电流采样单元电路及环路补偿单元电路；所述缓冲级单元电路的输入端与前级误差放大器的输出端连接，输出端与后级功率放大器的输入端连接，产生跟随负载电流变化的输出极点，对功率管输入极点
‑
输出极点跟踪频率进行补偿；所述反馈单元电路的输入端与后级功率放大器的输入端连接，输出端与缓冲级单元电路的负载端连接，所述反馈单元电路包括电流放大器，对所述缓冲级单元电路电流进行补偿，调整所述缓冲级单元电路的输出极点；所述电流镜电路的输出端与缓冲级单元电路的负载端连接，复制所述电流采样单元电路采样电流，为所述缓冲级单元电路提供可变负载；所述电流采样单元电路的输入端与后级功率放大器的输入端连接，输出端与缓冲级单元电路的输出端、电流镜电路的恒流负载端连接，按比例采样LDO的功率放大器电流；所述环路补偿单元电路的输入端与后级功率放大器的输入端连接，输出端与缓冲级单元电路的负载端连接，对所述缓冲级单元电路与所述反馈单元电路所构成环路进行频率补偿。2.如权利要求1所述的一种用于LDO的极点
‑
极点跟踪频率补偿电路，其特征在于，所述频率补偿电路包括：同类型PNP晶体管Q1、Q2，同类型NPN晶体管Q3、Q4，PNP管Q5，电流源I1、I2，电流放大器A1，电阻R1，电容C1；所述缓冲级单元电路包括PNP管Q5组成的源跟随器、电流可变的电流源负载I2；所述反馈单元电路包括电流放大器A1；所述电流镜电路包...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄越豪，陈敏华，李雪，袁兴林，袁伟，唐毓尚，王瑶，
申请(专利权)人：贵州振华风光半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：