一种补偿零点动态调整的线性稳压器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种补偿零点动态调整的线性稳压器，包括误差放大模块、缓冲模块、功率模块、反馈电阻模块、负载追踪模块、频率补偿模块和负载电容。本发明线性稳压器，内部用于频率补偿的零点的位置能够跟随负载电流的变化做调整，当负载电流较小时，输出极点的频率较低，补偿零点的频率也较低，随着负载电流增大，输出极点往高频移动，补偿零点也往高频移动，补偿零点动态地抵消输出极点，从而使得环路能够在较宽的负载电流范围内保持稳定。本发明线性稳压器的稳定性不依赖于负载电容的ESR，因此负载电容可以选择价格便宜、体积小的陶瓷电容。同时本发明线性稳压器具有良好的电源抑制特性和噪声特性，能够满足高性能的模拟电路的供电需求。
【专利说明】一种补偿零点动态调整的线性稳压器
【技术领域】
[0001]本发明涉及稳压器【技术领域】，具体涉及一种补偿零点动态调整的线性稳压器。
【背景技术】
[0002]目前的便携式电子设备通常采用锂电池供电。科学的电源管理能够充分地发挥电子设备的性能，节省功耗，延长电池的续航时间。锂电池充满电时，电压约为4.2V，放电结束时，电压则在3V以下。在锂电池整个放电周期中，大幅度的电压波动会影响某些电路的正常工作。因此，电源管理系统中必须引入稳压电路(regulator)。通常使用的稳压电路有两种，分别为开关电源转换器(Switching-Mode Power Converter,简称SMPC)和低压降线性稳压器(Low-Dropout Regulator简称LD0)。开关电源转换器效率高,能够降压也能升压，但由于输出噪声大，不能满足高性能模拟电路的应用要求。低压降线性稳压器能够提供精确、低噪声的电源输出，在便携式电子设备中得到广泛的应用。
[0003]LDO的反馈环路中通常会存在两个低频极点，分别位于输出端和功率管的栅极，这就需要引入低频的零点对LDO的环路进行补偿。传统的LDO设计，利用负载电容及其自身的ESR (Equivalent Series Resistance,等效串联电阻)构造一个零点，以补偿环路的次极点，达到环路稳定的目的。负载电容的ESR大小范围有要求，超出这个范围，LDO的稳定性则无法保障。这就对电容的选取增加了限制，往往需要选用ESR较大的钽电容，而钽电容的价格相对比较昂贵，体积较大。更值得注意的一个问题是，通过ESR构造的零点在频域上的位置是固定不变的。随着技术的发展，越来越复杂的电子产品，要求LDO提供更大的负载电流。更大的负载变化范围，使得LDO环路输出极点的位置发生大幅度的转移，甚至会导致主极点和次极点的位置出现对调。此时，固定的ESR零点无法满足频率补偿的要求，环路会变得不稳定。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种补偿零点动态调整的线性稳压器，克服现有技术的线性稳压器利用电容及其等效串联电阻构造补偿零点，补偿零点的频率固定，无法满足频率补偿要求的缺陷。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为:
[0006]一种补偿零点动态调整的线性稳压器，包括误差放大模块、缓冲模块、功率模块、反馈电阻模块、负载追踪模块、频率补偿模块和负载电容，所述缓冲模块、所述功率模块、所述负载追踪模块和所述频率补偿模块依次相连，所述误差放大模块连接所述缓冲模块的输入端，所述反馈电阻模块连接所述误差放大模块的输入端以及所述功率模块的输出端，所述负载电容连接所述功率模块的输出端，所述误差放大模块用于放大环路反馈电压与参考电压之间的误差，所述缓冲模块用于防止所述功率模块输入端出现低频极点，所述功率模块用于输出负载电流并对负载电压进行稳压调整，所述负载追踪模块用于检测所述负载电流，所述频率补偿模块用于构造补偿零点，并根据所述负载追踪模块的检测结果调整补偿零点位置，所述反馈电阻模块用于确定所述输出电压与所述参考电压的比值，所述负载电容用于对所述输出电压进行滤波降噪。
[0007]根据本发明的实施例，所述误差放大模块设为跨导放大器。
[0008]根据本发明的实施例，所述缓冲模块设为源极跟随器。
[0009]根据本发明的实施例，所述功率模块设为第一场效应管。
[0010]根据本发明的实施例，所述频率补偿模块由一个电容串联一个电阻构成。
[0011]根据本发明的实施例，所述负载追踪模块设为第一场效应管的镜像场效应管。
[0012]根据本发明的实施例，所述反馈电阻模块包括两个串联的电阻。
[0013]实施本发明的技术方案，具有以下有益效果:本发明提出的线性稳压器，内部用于频率补偿的零点的位置能够跟随负载电流的变化做调整，当负载电流较小时，输出极点的频率较低，补偿零点的频率也较低，随着负载电流增大，输出极点往高频移动，补偿零点也往高频移动，补偿零点动态地抵消输出极点的变化，从而使得环路能够在较宽的负载电流范围内保持稳定。本发明线性稳压器的稳定性不依赖于负载电容的ESR，因此负载电容可以选择价格便宜、体积小的陶瓷电容。同时本发明线性稳压器具有良好的电源抑制特性和噪声特性，能够满足高性能的模拟电路的供电需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中:
[0015]图1为本发明线性稳压器电路模块示意图；
[0016]图2为本发明实施例的电路图；
[0017]图3为本发明实施例的小信号等效电路图；
[0018]图4为本发明实施例的幅频特性图和相频特性图。
【具体实施方式】
[0019]如图1、图2、图3和图4所示，一种补偿零点动态调整的线性稳压器，包括误差放大模块、缓冲模块、功率模块、反馈电阻模块、负载追踪模块、频率补偿模块和负载电容，缓冲模块、功率模块、负载追踪模块和频率补偿模块依次相连，误差放大模块连接缓冲模块的输入端，反馈电阻模块连接误差放大模块的输入端以及功率模块的输出端，负载电容连接功率模块的输出端，误差放大模块用于放大环路反馈电压与参考电压之间的误差，缓冲模块用于防止功率模块输入端出现低频极点，功率模块用于输出负载电流并对负载电压进行稳压调整，负载追踪模块用于检测负载电流，频率补偿模块用于构造补偿零点，并根据负载追踪模块的检测结果调整补偿零点位置，所述反馈电阻模块用于确定所述输出电压与所述参考电压的比值，负载电容用于对所述输出电压进行滤波降噪。根据本发明的实施例，误差放大模块设为跨导放大器。缓冲模块设为源极跟随器。功率模块设为第一场效应管。频率补偿模块由一个电容串联一个电阻构成。负载追踪模块设为第一场效应管的镜像场效应管。反馈电阻模块包括两个串联的电阻。
[0020]如图1所示，误差放大模块检测环路中反馈电压Vfb与参考电压Vref之间的误差并将其放大，是整个环路中最主要的增益来源，其输出阻抗一般比较高。缓冲模块的引入，避免高输出阻抗的误差放大模块与功率模块直接连接，使得功率模块的控制节点(图1中B点)不会出现低频极点。功率模块是负载电流从电源端(图1中Idoin端)流到输出端(图1中Idoout端)的唯一通道，其调整作用能够使得输出电压稳定在目标值。负载追踪模块，能够检测流经功率模块的负载电流状况，为零极点的追踪补偿提供依据。频率补偿模块在误差放大模块的输出端(图1中A点)与电源或地之间形成信号的交流通路，从而构造出一个补偿零点，并根据负载追踪模块的检测结果，动态地调整补偿零点的位置，使得LDO环路能在大幅度的负载范围内保持稳定。反馈电阻模块决定输出电压和参考电压VMf之间的算术关系，从而确定输出电压值。负载电容用于给输出电压进行滤波降噪。
[0021]图2为本发明的优选实施例。误差放大模块由M2、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M1(l、Mn、M12和M13构成的带有增益提高的跨导放大器(OTA)来实现。其中M4和M5为输入对管，把输入电压信号转换为电流信号；M6和M9为负载管,把电流信号转换为放大后的电压信号。M7和M8为增益提高管，使得跨导放大器能够实现更高的增益。M1(l、Mn、M12和M13构成第二级的推挽输出，使得跨导放大器的输出动态范围尽可能地宽。缓冲模块由M3和M14组成的普通源极跟随器实现。功率模块由大尺寸的Mpotct管充当，其电阻的大小影响着LDO的驱动能力。频率补偿模块由电容Cc、电阻Rc’构成，负载追踪模块由Mp。管的镜像管Ms实现。于是，A点与电源之间形成一条信号的交流通路(图2的虚线方向)，从而构造出一个补偿零点，零点的位置跟随Ms的线性电阻Rc’’变化，从而追踪负载电流的变化。Rfl和Rf2构成了反馈电阻
模块，从而确定输出电压为
【权利要求】
1.一种补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:包括误差放大模块、缓冲模块、功率模块、反馈电阻模块、负载追踪模块、频率补偿模块和负载电容，所述缓冲模块、所述功率模块、所述负载追踪模块和所述频率补偿模块依次相连，所述误差放大模块连接所述缓冲模块的输入端，所述反馈电阻模块连接所述误差放大模块的输入端以及所述功率模块的输出端，所述负载电容连接所述功率模块的输出端，所述误差放大模块用于放大环路反馈电压与参考电压之间的误差，所述缓冲模块用于防止所述功率模块输入端出现低频极点，所述功率模块用于输出负载电流并对负载电压进行稳压调整，所述负载追踪模块用于检测所述负载电流，所述频率补偿模块用于构造补偿零点，并根据所述负载追踪模块的检测结果调整补偿零点位置，所述反馈电阻模块用于确定所述输出电压与所述参考电压的比值，所述负载电容用于对所述输出电压进行滤波降噪。
2.根据权利要求1所述的补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:所述误差放大模块设为跨导放大器。
3.根据权利要求1所述的补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:所述缓冲模块设为源极跟随器。
4.根据权利要求1所述的补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:所述功率模块设为第一场效应管。
5.根据权利要求1所述的补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:所述频率补偿模块由一个电容串联一个电阻构成。
6.根据权利要求4所述的补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:所述负载追踪模块设为第一场效应管的镜像场效应管。
7.根据权利要求1所述的补偿零点动态调整的线性稳压器，其特征在于:所述反馈电阻模块包括两个串联的电阻。
【文档编号】G05F1/56GK103838287SQ201310667299
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】梁源超, 邓琴 申请人:珠海全志科技股份有限公司