专利名称：一种频率补偿方法和超低压差线性稳压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种频率补偿方法和超 低压差线性稳压器。
背景技术：
近年来，超低压差线性稳压器(ULDO， Low Dropout Regulator)在各类 电子设备，尤其是对电能有苛刻需求的消费类电子中得到了广泛的应用。而 在超低压差线性稳压器的设计过程中，频率补偿是设计的一个难点。在目前 的各种频率补偿方法中，密勒补偿是比较常见的一种补偿方式，该方法通过 电容的密勒效应实现大的等效小信号电容，从而实现频率补偿，但由于超低
压差线性稳压器的负载变化范围极大，而且由于芯片面积有限，采用这种方 法进行频率补偿，其补偿作用仍然是有限的。
通常情况下，在进行超低压差线性稳压器的设计时，采用的是对超低压 差线性稳压器中的误差放大器(EA， Error Amplifier)进行补偿，即通过在误 差放大器的输出端和反馈输入端之间加载电容，利用电容的密勒效应来实现 频率补偿，并设置误差放大器的输出极点为主极点的方式来实现稳定性。通 过这种方式，误差放大器的零点和驱动器的极点以及系统的输出极点和零点 在一定的范围内可以互相补偿，整个系统可以近似成为一个单极点系统，实 现整个应用系统环路的稳定性。
釆用上述补偿方案的优点是补偿结构简单，容易实现，但是该种补偿方 案也存在着不可忽视的缺点当系统处于轻载工作状态尤其是空栽工作状态 时，系统的输出极点将随负载的变小而变小，并接近甚至小于误差放大器的 输出极点，而其他的零极点则没有太大的变化，在这种情况下，系统类似于 双极点系统，并将会处于不稳定状态。
发明内容
4有鉴于此，本发明实施例提供一种超低压差线性稳压器，以解决现有技 术中超低压差线性稳压器处于轻负载的情况下系统无法稳定输出的问题。
本发明实施例是这样实现的
本发明实施例提供了一种频率补偿方法，在误差放大器的输出端并联可 调节输出阻抗之后，包括 检测并获取系统负载；
根据所获取的所述系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节。 优选地，所述检测并获取系统负载，包括 检测并获取系统负载电 流;
将获取的所述负载电流转化为负载电压。
优选地，所述根据所获取的所述系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值
进行调节，包括 设置比较电压；
将所获取的所述负载电压与所述比较电压进行对比，当所述负载电压小 于所述比较电压时，对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节，使所述误差放 大器的输出极点的值小于预定值。
优选地，还包括当所述负载电压大于所述比较电压时，截止所述可调 节输出阻抗的支路。
本发明实施例还提供了一种超低压差线性稳压器，包括误差放大器、 可调节输出阻抗、输出阻抗调整电路和负载检测电路，其中，
所述可调节输出阻抗并联于所述误差放大器输出端；所述负载检测电路 连接于所述超^f氐压线性稳压器的输出端；所述输出阻抗调整电路根据所述负 载检测电路获取的系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节。
优选地，所述负载检测电路包括电流检测器和电流/电压转换器，其中，
所述电流4金测器用于获取所述超低压差线性稳压器的输负载电流；
所述电流/电压转换器将所述电流检测器获取的所述负载电流转化为负载 电压。
优选地，所述输出阻抗调整电路，包括比较单元，用于将所述负载电压与比较电压进行对比； 第一阻抗调节单元，用于根据所述比较单元的比较结果对所述可调节输 出阻抗的阻值进行调节。
对现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点和特点 本发明实施例通过在误差放大器的输出端并联可调节输出阻抗，根据所获取 的系统负载，通过该可调节输出阻抗进行调节，实现减小误差放大器实际输 出阻抗的效果，从而可以进一步实现减小误差放大器输出极点的目的，从而 使系统可近似为单极点系统，并最终使系统能够稳定输出。而且该方案对系 统的其他部件不会产生较大影响，因此不会损失系统其他的性能指标。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为现有技术所涉及的一种超低压差线性稳压器结构示意图； 图2为本发明实施例所涉及的一种频率补偿方法流程图； 图3为本发明实施例所涉及的一种超低压差线性稳压器结构示意图； 图4为本发明实施例所涉及的一种输出调整电路结构示意图； 图5为本发明实施例所涉及的另一种输出调整电路结构示意图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
6如图1所示，该图为一个超低压差线性稳压器的系统结构示意图，包括
误差》文大器101、驱动器102和输出端负载103，由图l可以得到该系统的 主极点由误差放大器的输出极点所决定，系统主要的零点分布如下
/&=l/2;r.C(..i c，其中，/^为误差放大器的输出零点，Q^为加载于误差 放大器输出端和反^t端的补偿电容的电容值，&为补偿调零电阻的电阻值， 通过调整该电阻的电阻值，实现电流的变化。
/z。^-l/2;r.C。u,.五Si ，其中，为系统的输出零点，C^为系统输出电容 的电容值，ES/ 为输出电容的等效串联电阻的电阻值。
另外，除了以上主要零点以外，系统主要的极点分布如下
》^-l/2;r.CVi 。a，其中，》￡/4为误差放大器的输出极点，Q为误差放大 器的输出端与反馈端之间所加载的电容&.的密勒等效电容的电容值，i ,为 是误差放大器的输出阻抗值。
# =l/2"'Cp。,.i 。rf_,其中，厄_为驱动器的输出极点，C^为驱动器 的等效寄生电容的电容值，i w为驱动器的等效输出阻抗值。
》^-l/2iC。u,.^，其中，泉w为系统的输出极点，C。w为系统输出电容的 电容值，^为输出负载等效电阻的电阻值。
在本系统中，除了》^以外，其他的两个极点和两个零点在一定程度上可 以进行互相的抵消，从而产生以》^为主极点的单极点系统。通常情况下，对 于给定的超低压差线性稳压器，其系统内的误差放大器的输出零、极点，以 及系统的输出零点都是固定的，而驱动器的极点随负载的变化则相对较小， 通常在一个较为固定的范围内，因此可以忽略不计。这样，相比较来说，变 化最大的是系统的输出极点,该极点的变化与系统负载的变化紧密相连， 例如如果系统负载产生100/^4到"的4个数量级的变化，则泉w也会相应 产生4个数量级的变化，尤其在轻载情况下，》。u,会急剧降低，要保证系统的 稳定性，必须要把误差放大器的输出极点》^设置的更低，这样，就需要；的 值非常大。但在实际的设计、生产过程中，由于受到芯片面积和密勒效应的 限制，c;,的电容值无法达到实际需要，因此，难以得到一个符合要求的误差 放大器输出极点》^ ,从而无法有效保证系统的稳定性。在超低压差线性稳压器的典型条件下，假定/ 0"=2Mohm, Ce《=100pF,那 么》f,800Hz;同时，如果输出电容为lOuF,输出负载为100uA，输出电压为 3.3V，那么输出极点为》。 , "/2;r.C。zi ,0.5Hz《》M;同时其他的零极点均 远远大于》M,因此系统近似为双极点系统，此时超低压差线性稳压器就无法 进行稳定输出。
针对这种问题，本发明实施例提供了一种频率补偿方法，该方法包括 首先在误差》文大器的输出端并联一个可调节输出阻抗，之后包括如图2所示 具体步骤
步骤201:检测并获取系统的负栽；
在步骤201中，可以采用在系统的输出端设置检测电路的方式来对系统 的负载进行实时检测，其中，负载检测电路可以釆用实时釆集系统负载电流， 并将采集到的系统负载电流转化为电压。之后进入步骤202。
步骤202:根据所获取的系统负载电压对可调节输出阻抗的阻值进行调节。
在步骤202中，根据获取的系统负载电压对可调节输出阻抗的阻值进行 调节过程中，可以釆用以下方法
首先设置一个比较电压，该比较电压可根据系统的实际运行状况或以往 的经验值获取，通过将获取的系统负栽电压与预先设置的比较电压进行比较， 当系统负载电压大于预先设置的比较电压时，可认为系统此时还处于重栽情 况下，在这种情况下，无需可调节输出阻抗，系统即可实现稳定输出，为了 实现上述效果，可将可调节输出阻抗的支路截止，这样相当于并未在误差放 大器的输出端并联可调节输出阻抗；而当系统负载电压小于预先设置的比较 电压时，可i^为系统此时已处于轻栽情况下，在这种情况下，导通可调节输 出阻抗的支路，并对可调节输出阻抗的阻值进行调节，由于可调节输出阻抗 的支路导通后，误差放大器的实际输出阻抗的值为误差放大器本身的输出阻 抗与可调节输出阻抗并联之后的阻值，该阻值必定小于误差放大器本身的输
出阻抗的阻值。以实现误差放大器输出阻抗的降低，根据误差放大器输出极 点的计算公式》￡, =1/2".(^ 可以得知，误差放大器输出极点与误差放大器 的输出阻抗成正比，也就是说，随着误差放大器输出阻抗的减小，误差放大器的输出极点相应减小。由此可以得出，只要对可调节输出阻抗的阻值进行 调节，就可实现误差放大器输出极点的值低于系统输出极点的值，从而依旧 使系统处于类似于单极点系统的状态，实现系统的稳定输出。
还可采用才艮据所获取的系统负载进行实时调整的方式来对可调节输出阻 抗，以实现误差放大器输出极点的值低于系统输出极点的值，从而依旧使系 统处于类似于单极点系统的状态，实现系统的稳定输出。 '
本发明实施例通过在误差放大器的输出端并联可调节输出阻抗，根据所 获取的系统负载，通过该可调节输出阻抗进行调节，实现减小误差放大器实 际输出阻抗的效果，从而可以进一步实现减小误差放大器输出极点的目的， 从而使系统可近似为单极点系统，并最终使系统能够稳定输出。而且该方案 对系统的其他部件不会产生较大影响，因此不会损失系统其他的性能指标。
相应地，本发明实施例还提供了一种超低压差线性稳压器，该超低压差
线性稳压器的结构如图3所示，该超低压差线性稳压器包括误差放大器301、 可调节输出阻抗302、输出阻抗调整电路303和负载检测电路304,其中，所 述可调节输出阻抗302并联于所述误差放大器301输出端；所述负载检测电 路304连接于所述超低压线性稳压器的输出端；所述输出阻抗调整电路303 根据所述负载检测电路304获取的系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进 行调节。
需要说明的是， 一般情况下，负载检测电路304可包括电流检测器和电 流/电压转换器，电流检测器在获取系统的负载电流之后，电流/电压转换器将 获取的负载电流转换为负载电压，以负载电压来表示系统当前的负载情况。
其中，输出阻抗调整电路可以有如下结构， 一种如图4所示，该输出阻 抗调整电路包括比较单元401,第一阻抗调整单元402，其中
比较单元401,用于将所获取的负载电压与比较电压进行对比；
第一阻抗调节单元402，用于根据比较单元401的比较结果对可调节输出 阻抗的阻值进行调节。
进一步将上述方案具体化，输出阻抗调整电路303首先设置一个比较电 压，在获取系统的负载电压之后，输出阻抗调整电路303将该负载电压与比较电压进行对比，当负载电压小于比较电压时，表明系统处于轻载情况下，
此时需要对可调节输出阻抗302的阻值进行调节，由于可调节输出阻抗302 是并联于误差放大器301的输出端，因此误差放大器301最终的输出阻抗应 该是误差放大器301本身输出阻抗与可调整输出阻抗302并联后的阻抗，因 此该值要低于误差放大器301本身的阻抗，而且随着可调节输出阻抗的降低， 误差放大器301的实际输出阻抗会进一步降低，直至满足系统稳定输出的要 求。而当负载电压大于比较电压时，表明系统还未处于轻载情况下，此时只 需要按照正常的频率补偿即可，也就是说可调节输出阻抗302此时可以不用 起任何作用，要实现该目的，可以通过截止可调节输出阻抗302的支路来实 现，现举一个具体例子，如图5所示
在此处，输出阻抗调整电路303包括一个比较器501和NPN晶体管502, 比较器501通过对比负载电压和比较电压，当负载电压小于比较电压时，NPN 晶体管502导通，并可进行对可调节输出阻抗302的调节；而当负载电压大 于比较电压时，NPN晶体管502截止，可调节输出阻抗302不起作用，原超 低压差线性稳压器结构不变。
本发明实施例通过在误差放大器的输出端并联可调节输出阻抗，根据所 获取的系统负载，通过该可调节输出阻抗进行调节，实现减小误差放大器实 际输出阻抗的效果，从而可以进一步实现减小误差放大器输出极点的目的， 从而使系统可近似为单极点系统，并最终使系统能够稳定输出。而且该方案 对系统的其他部件不会产生较大影响，因此不会损失系统其他的性能指标。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1、一种频率补偿方法，其特征在于，在误差放大器的输出端并联可调节输出阻抗之后，包括检测并获取系统负载；根据所获取的所述系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测并获取系统负载， 包括检测并获取系统负载电 流;将获取的所述负载电流转化为负载电压。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所获取的所述系 统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节，包括设置比较电压；将所获取的所述负载电压与所述比较电压进行对比，当所述负载电压小 于所述比较电压时，对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节，使所述误差放 大器的输出极点的值小于预定值。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括当所述负载电压 大于所述比较电压时，截止所述可调节输出阻抗的支路。
5、 一种超低压差线性稳压器，其特征在于，包括误差放大器、可调节 输出阻抗、输出阻抗调整电路和负载检测电路，其中，所述可调节输出阻抗并联于所述误差放大器输出端；所述负载检测电路 连接于所述超低压线性稳压器的输出端；所述输出阻抗调整电路根据所述负 载检测电路获取的系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节。
6、 根据权利要求5所述的超低压差线性稳压器，其特征在于，所述负载 检测电路包括电流;险测器和电流/电压转换器，其中，所述电流检测器用于获取所述超低压差线性稳压器的输负载电流； 所述电流/电压转换器将所述电流检测器获取的所述负栽电流转化为负载 电压。
7、 根据权利要求6所述的超低压差线性稳压器，其特征在于，所述输出 阻抗调整电3各，包4舌比较单元，用于将所述负载电压与比较电压进行对比；第一阻抗调节单元，用于根据所述比较单元的比较结果对所述可调节输 出阻抗的阻值进行调节。
全文摘要
本发明实施例公开了一种频率补偿方法，该方法包括在误差放大器的输出端并联可调节输出阻抗之后，进行检测并获取系统负载；根据所获取的所述系统负载对所述可调节输出阻抗的阻值进行调节。相应地，本发明实施例还提供了一种超低压差线性稳压器。本发明实施例所提供的技术方案通过在误差放大器的输出端并联可调节输出阻抗，根据所获取的系统负载，通过该可调节输出阻抗进行调节，实现减小误差放大器实际输出阻抗的效果，从而可以进一步实现减小误差放大器输出极点的目的，并最终使系统能够稳定输出。
文档编号H03F1/00GK101667812SQ200910161239
公开日2010年3月10日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者刘祖韬, 刚 史, 孙建波, 坤 程, 吉 蔡 申请人:Bcd半导体制造有限公司