一种环路补偿电路的制作方法

1.本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种环路补偿电路。


背景技术：

2.在线性稳压电路设计中，反馈环路稳定性的设计是至关重要的。反馈环路在电子电路中有着广泛的应用，如工业界大规模使用的电压调整器、锁相环、模数转换器等都是基于反馈环路而实现的。但反馈环路常常出现不稳定现象，实践中往往通过环路补偿电路来确保反馈环路的稳定性。
3.米勒补偿是一种通用的环路补偿电路。但米勒补偿会引入一个右半平面零点，这将大大影响反馈环路的稳定性。图1显示为一种传统的米勒补偿反馈环路。如图1所示，由电流源ibias和nmos晶体管来消除米勒补偿的前馈通路，从而消除右半平面零点，但这将还引入一个新的左半平面零点。
4.经分析发现，这种米勒补偿反馈环路只有功率管p1电流不变时，才能利用极点补偿左半平面零点，而功率管p1电流一旦变化就会出现补偿失衡，从而出现补偿效果差，补偿稳定性差等问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种环路补偿电路，用以以解决现有米勒补偿电路的补偿不稳定性问题，提高反馈环路的稳定性。
6.本发明提供一种环路补偿电路，包括：误差放大器、功率管、第一分压电阻、第二分压电阻、补偿单元、负载单元和电流采样单元；
7.所述误差放大器的反向输入端输入基准电压，正向输入端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，输出端连接所述功率管的栅极；
8.所述功率管的源极接输入电源，漏极分别通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻、所述负载单元接地，所述功率管的漏极电压对应所述环路补偿电路的输出电压；
9.所述补偿单元包括nmos管、补偿电容和电流源；所述补偿电容的正向输入端连接所述功率管的栅极，反向输入端通过所述电流源接地；所述nmos管的栅极连接所述功率管的漏极，漏极连接输入电源，源极连接所述补偿电容的反向输入端，衬底接地；
10.所述电流采样单元，对所述功率管的第一电流进行采样，获得第二电流，将所述第二电流在所述电流采样单元的输出端输出，其中，所述第二电流与所述第一电流满足预设比例关系。
11.优选地，所述功率管为pmos管p1。
12.优选地，所述电流采样单元为pmos管p2。
13.优选地，所述pmos管p1、p2组成镜像结构，两者共栅共源，所述pmos管p2的漏极连接所述nmos管的源极。
14.优选地，所述负载单元包括：负载电阻和负载电容，其中，
15.所述负载电阻一端连接所述功率管漏极，另一端接地；
16.所述负载电容并联在所述负载电阻rl两端。
17.本发明的环路补偿电路，引入了电流采样电路，电流采样电路通过采集功率管的电流，为现有电路提供一个等比于功率管中电流变化的电流源，解决现有技术中仅有功率管中电流变化导致的补偿失衡问题，提升了补偿稳定性和补偿效果。并且，本发明的电流采样电路只采用一与功率管p1镜像的pmos管p2就能达到使极点分离，进而使环路更加稳定目的，不增加额外的功耗。
附图说明
18.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
19.图1显示为一种传统的米勒补偿电路的电路结构示意图；
20.图2显示为本发明实施例的环路补偿电路的电路结构示意图；
21.图3显示为图1所示电路与本发明实施例所示电路的大在负载下环路增益相位(deg)随频率变化仿真结果对比图；
22.图4显示为图1所示电路与本发明实施例所示电路的环路增益相位裕度(deg)随负载电阻rl变化仿真结果对比图。
具体实施方式
23.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
24.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
25.除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.环路补偿指的是，在闭环系统中，在反馈上加入一种电路，用来补偿系统在扰动时的性能不足，从而维持系统的稳定或者较优的状态。补偿电路一般是运放和电阻电容组成的电路。
28.图1显示为一种传统的米勒补偿电路的电路结构示意图。如图1所示，包括基准电压输入端vref、误差放大器、电源电压输入端vpwr、功率管p1、电阻反馈电路、补偿电容c以及nmos管，该误差放大器的反相输入端连接基准电压输入端vref，该误差放大器的同相输入端与电阻反馈电路连接，误差放大器的输出端与功率管p1的栅极连接，功率管p1的漏极为整个电路的输出端vout，并与电阻反馈电路连接，功率管p1的源极与电源电压输入端vpwr连接，具体的，电阻反馈电路包括第一电阻r1及第二电阻r2，该第一电阻r1的一端与该
第二电阻r2的一端连接，同时，该第一电阻r1的另一端与该误差放大器的正相输入端连接，该第一电阻r1的另一端与该米勒补偿电路的输出端连接，该第二电阻r2的另一端与地接，功率管一般采用mos管，如pmos管，使用时，负载rl一般跨接在输出端与地线之间，负载电容cl与负载并联，其原理是通过帯隙基准电压源产生的稳定电压以及负反馈控制环路得到基本不随环境变化的输出电压。
29.分析可以看出，如图1所示的传统米勒补偿电路存在两个距离接近的极点，并且极点的位置会因为负载而发生改变，因此很可能出现不稳定的震荡现象，使得系统环路稳定性很差。而且利用电流源ibias和nmos晶体管来消除米勒补偿的前馈通路，从而消除右半平面零点，将还引入一个新的左半平面零点，只有功率管p1电流不变时，才能利用极点补偿左半平面零点，而p1电流一旦变化就会出现补偿失衡，从而出现补偿效果差，补偿稳定性差等问题。
30.因此，本发明提出一种新的环路补偿电路，对传统米勒补偿电路进行改进以使其安全稳定可靠的工作。
31.图2显示为本发明实施例的环路补偿电路的电路结构示意图。如图2所示，包括误差放大器、功率管、第一分压电阻r1、第二分压电阻r2、补偿单元、负载单元和电流采样单元。
32.其中，误差放大器的反向输入端输入基准电压vref，正向输入端连接至第一分压电阻r1和第二分压电阻r2之间，输出端连接功率管的栅极；
33.功率管的源极接输入电源vpwr，漏极分别通过第一分压电阻r1和第二分压电阻r2、负载单元接地，功率管的漏极电压对应环路补偿电路的输出电压vout；
34.补偿单元包括nmos管、补偿电容c和电流源ibias；补偿电容c的正向输入端连接功率管的栅极，反向输入端通过电流源ibias接地；nmos管的栅极连接功率管的漏极，漏极连接输入电源vpwr，源极连接补偿电容c的反向输入端，衬底接地；
35.电流采样单元，对功率管的第一电流进行采样，获得第二电流，将第二电流在所述电流采样单元的输出端输出，其中，第二电流与所述第一电流满足预设比例关系。
36.负载单元包括：负载电阻rl和负载电容cl，负载电阻rl一端连接功率管漏极，另一端接地；负载电容cl并联在负载电阻rl两端。
37.本发明实施例中，功率管为pmos管p1，电流采样单元为pmos管p2，pmos管p1、p2组成镜像结构，两者共栅共源，pmos管p2的漏极连接nmos管的源极。p1:p2为m:1，m为整数。
38.本发明实施例的环路补偿电路，在现有的米勒补偿电路的基础上增加pmos管p2，流过p2的电流为p1的1/m。使得流过nmos管的电流为：in＝ibias-ip2＝ibias-ip1/m。
39.其中，ip1＝vref/r2+vout/rl，vout＝vref*(1+r1/r2)。这里，需合理设置m数值，使得in大于0。电路工作过程为:随着负载电阻rl的减小，流过p1的电流增加，同样流过p2的电流也增加，导致流过n的电流减小，形成极点分离作用。
40.当然，在本发明的其他实施例中，功率管与电流采样单元也可以为其他的mos管或双极型三极管。
41.本发明实施例引入了电流采样电路，这里的电流采样电路一方面可以采集功率管p1当前的电流，另一方面根据当前采集的第一电流，形成第二电流。这里的第二电流和所述第一电流之间的比例一直满足预设比例关系。例如，第一电流和第二电流的电流比值一直
等于预设值。这样的话，若第一电流变化，则所述第二电流会发生等比例的变化，相当于第二电流会跟随所述第一电流的变化而变化，从而就解决了现有技术中功率管p1的电流有可能变化，而流过nmos管的电流不变化导致的补偿失衡的问题，解决了现有米勒补偿电路的补偿不稳定性问题，提高了反馈环路的稳定性。
42.图3显示为图1所示电路与本发明实施例所示电路的大在负载下环路增益相位(deg)随频率变化仿真结果对比图；图4显示为图1所示电路与本发明实施例所示电路的环路增益相位裕度(deg)随负载电阻rl变化仿真结果对比图。
43.图3中，曲线11为图1所示的传统米勒补偿电路的环路增益相位随频率变化曲线；曲线12为本发明实施例的的环路增益相位随频率变化曲线。其中，vref＝0.8v，vout＝1.2v，rl＝8kohm。图4中，曲线13为图1所示的传统米勒补偿电路的环路增益相位裕度随负载电阻rl变化曲线；曲线14为本发明实施例的环路增益相位裕度随负载电阻rl变化曲线。其中，vref＝0.8v，vout＝1.2v，rl＝8k-800kohm。从图3和图4可以看出，电流采样单元pmos管p2的引入可以有效增加环路的相位裕度(本发明实施例中最大增加了30度)，从而增加了环路的稳定性并提高了系统性能。
44.本发明的环路补偿电路，引入了电流采样电路，电流采样电路通过采集功率管的电流，为现有电路提供一个等比于功率管中电流变化的电流源，解决现有技术中仅有功率管中电流变化导致的补偿失衡问题，提升了补偿稳定性和补偿效果。并且，本发明的电流采样电路只采用一与功率管p1镜像的pmos管p2就能达到使极点分离，进而使环路更加稳定目的，不增加额外的功耗。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。