低压差线性稳压器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及稳压器电路设计领域，尤其涉及一种低压差线性稳压器。
【背景技术】
[0002]低压差线性稳压器是现有的S0C(SyStem on Chip芯片级系统)设计里的关键器件，用于给噪声敏感模块提供稳定的电源。而瞬态响应是低压差线性稳压器设计的一个重要动态参数。低压差线性稳压器的瞬态响应跟不同的设计参数相关。比如环路稳定性，环路带宽以及功率管栅极的转换速率。特别在负载电流变化很大的应用中，小的带宽和慢的转换速率会限制瞬态响应。
[0003]实际上，现有低压差线性稳压器通常受制于环路稳定性、环路带宽以及功率管栅极的转换速率的折衷。为了提高环路稳定性，有很多先进的补偿技术提出，比如基于阻尼因子控制的频率补偿、Q因子缩小补偿、最小化Q因子、自适应零点补偿以及有源反馈补偿。基于这些补偿技术的电路往往很复杂，会消耗更多的静态功耗。如果去使用片外电容，环路稳定性又会受到电容ESR(Equivalent Series Resistance等效串联电阻)的影响。这会大大限制片外电容的选择。
[0004]市场上现有的低压差线性稳压器，往往具有复杂的补偿电路，会消耗大量的静态功耗。
[0005]对于具有快速响应的低压差线性稳压器，一般都是基于翻转源级电压跟随器的单晶体管控制。
[0006]如图1所示，这是一种单晶体管控制的低压差线性稳压器。这种低压差线性稳压器的稳定性对于片外电容的要求不高，没有严格的ESR要求。同时它具有非常快的瞬态响应。但是这种低压差线性稳压器在轻负载电流下，稳定性较差。而且，负载电流的动态范围很小，电路的静态工作点设置困难。
[0007]如图2所示，这是一种改进过的具有快速效应的低压差线性稳压器。它基于翻转电压跟随器技术，拥有一个折叠共源共栅结构。这种低压差线性稳压器具有很大环路带宽，不过由于它的主极点是功率输出管栅极电容的函数，栅极的转换速率的比较慢，负载电流的瞬态响应会受到栅极的转换速率的限制。同样，在轻负载电流时，环路稳定性差。
[0008]如图3所示，这是具有折叠共源共栅的低压差线性稳压器基础上加入自适应栅极驱动电路的低压差线性稳压器。由于加入了栅极驱动电路，功率输出管栅极转换速率得到了加强。但是由于自适应栅极驱动电路的工作电流会根据负载电流的变化而变化，这将导致翻转电压跟随器的栅源电压也变化，使得输出电压也随着负载电流的变化而变化。这样低压差线性稳压器输出变化范围很大，应用受到很大的限制。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种低压差线性稳压器，其具有快速的瞬态响应，用简单的补偿技术了提供稳定的环路带宽，同时对片外电容的选择上没有ESR的限制。
[0010]为了达到上述目的，本发明提供一种低压差线性稳压器，其包括电压输出电路、误差放大电路和功率管栅极驱动电路，
[0011]所述电压输出电路包括功率输出管，所述功率输出管的漏极用于为外部电路提供输出电压；
[0012]所述误差放大电路感应所述输出电压的变化，并向所述功率管栅极驱动电路输出一表征所述输出电压变化趋势的误差电压；
[0013]所述功率管栅极驱动电路根据所述误差电压加快所述功率输出管的栅极充电速度或放电速度，以加强所述功率输出管的转换速率。
[0014]进一步的，所述功率输出管具有一栅极寄生电容，所述栅极寄生电容接入所述功率输出管的栅极与地之间，
[0015]当所述外部电路的负载电流瞬时增大时，所述栅极寄生电容处于放电过程，所述功率管栅极驱动电路根据所述误差电压加快所述栅极寄生电容的放电速度；
[0016]当所述外部电路的负载电流瞬时减小时，所述栅极寄生电容处于充电过程，所述功率管栅极驱动电路根据所述误差电压加快所述栅极寄生电容的充电速度。
[0017]进一步的，所述电压输出电路还包括第一电压源，所述第一电压源的正极与所述功率输出管的源极连接，负极接地。
[0018]进一步的，所述误差放大电路包括翻转源级电压跟随器，所述翻转源极电压跟随器的栅极接入低压差线性稳压器的输入电压。
[0019]进一步的，所述翻转源极电压跟随器通过其内部晶体管的源极接收所述输出电压，并通过其内部晶体管的漏极输出一表征所述输出电压变化趋势的误差电压，
[0020]当所述外部电路的负载电流瞬时增大时，所述输出电压瞬时降低，所述翻转源极电压跟随器的内部晶体管的漏极输出电压瞬时降低，即产生所述误差电压；
[0021]当所述外部电路的负载电流瞬时减小时，所述输出电压瞬时升高，所述翻转源极电压跟随器的内部晶体管的漏极输出电压瞬时升高，即产生所述误差电压。
[0022]进一步的，所述功率管栅极驱动电路包括源极电压跟随器，所述源极电压跟随器通过其内部晶体管的栅极接收所述误差电压，并通过其内部晶体管的源、漏极根据所述误差电压加快所述功率输出管的栅极充电速度或放电速度，
[0023]当所述误差电压为一瞬时降低的电压时，所述源极电压跟随器的内部晶体管的栅极电压瞬时降低，所述功率输出管的栅极将产生瞬态放电电流，所述瞬态放电电流依次经过所述功率输出管的栅极、所述源极电压跟随器的内部晶体管的源极和漏极流入地，加速所述功率输出管的栅极放电速度。
[0024]进一步的，所述功率管栅极驱动电路还包括第一偏置电流源，所述第一偏置电流源的负极接入所述功率输出管的栅极，正极接入所述功率输出管的源极，
[0025]当所述误差电压为一瞬时升高的的电压时，所述源极电压跟随器的内部晶体管的栅极电压瞬时升高，栅源电压瞬时降低，所述第一偏置电流源输出的电流直接流入所述功率输出管的栅极并为其充电，加速所述功率输出管的栅极充电速度。
[0026]进一步的，所述翻转源级电压跟随器包括第一晶体管、第二电压源和第二偏置电流源，所述第一晶体管为所述翻转源级电压跟随器的内部晶体管，所述第二电压源输出的电压为所述低压差线性稳压器的输入电压，所述第一晶体管的源极接入所述功率输出管的漏极，栅极接入所述第二电压源的正极，漏极接入所述第二偏置电流源的正极，所述第二电压源的负极和所述第二偏置电流源的负极均接地，所述第一晶体管通过其漏极输出所述误差电压。
[0027]进一步的，所述源极电压跟随器包括第二晶体管，所述第二晶体管为所述源级电压跟随器的内部晶体管，所述第二晶体管的栅极接入所述误差电压，源极接入所述功率输出管的栅极，漏极接地。
[0028]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0029]本发明提供的低压差线性稳压器基于翻转源级电压跟随器技术，翻转源级电压跟随器在环路中作为误差放大电路，其能够感应功率输出管漏极输出电压的变化，当输出电压发生变化时，误差放大电路将提供一个相应的误差电压，并以此来控制功率管栅极驱动电路，功率管栅极驱动电路的作用是根据误差电压加快功率输出管的栅极充电速度或放电速度，以加强功率输出管的转换速率，增强功率输出管的栅极驱动能力，并且由于该功率管栅极驱动电路的输出阻抗很低，它能够将功率输出管栅极的极点推向更高的频率处，所以环路的主极点位于输出极点。对于没有片外电容的应用，这种低压差线性稳压器非常适合于小电流负载应用，或者尖峰电流很大而平均电流较小的应用，尤其是那些要求有非常快速的瞬态响应的应用，比如给DRAM(Dynamic Random Access Memory动态随机存取存储器)模块供电。同时，对于有较大负载电流的应用，比如为大的数字模块供电，可以加上一个片外电容，即可实现供电，该低压差线性稳压器大大地降低了对片外电容ESR值的要求，这能够对片外电容的选择带来很大的便利性。
【附图说明】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0031]图1为现有技术中的一种单晶体管控制的低压差线性稳压器的电路结构图；
[0032]图2为现有技术中的一种具有折叠共源共栅的低压差线性稳压器的电路结构图；
[0033]图3为现有技术中的一种具有自适应栅极驱动的低压差线性稳压器的电路结构图；
[0034]图