[發明專利]低壓差線性穩壓器中的自適應零點頻率補償電路

有效

• 申請號: 200910055052.8
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101957628A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 肖國慶;楊波
• 申請（專利權）人: 上海沙丘微電子有限公司
• 主分類號: G05F1/565
• 分類號: G05F1/565
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 沈原

【技術領域】

本發明屬于大規模模擬集成電路中的低壓差線性穩壓器，特別涉及這種低壓差線性穩壓器中的自適應零點頻率補償電路。

【背景技術】

現有技術中典型的低壓差線性穩壓器一般由電壓基準Vref，跨導放大器OTA，緩沖器BUFFER，分壓電阻R1和R2構成的反饋網絡，以及電壓調整管PMOS組成，參見圖1。其中電容CL是輸出負載電容，優化瞬態響應，電阻ESR為電容CL寄生的等效串聯電阻。

圖1電路中，負載電容CL與從結點C看到的電阻形成主極點，結點A處的寄生電容和跨導放大器OTA輸出電阻形成第二極點。由于電壓調整管PMOS需為負載提供很大的電流，因此電壓調整管PMOS尺寸很大，但是由于緩沖器一般使用源跟隨器，輸出電阻都很小，所以在結點B產生的極點遠大于單位增益頻率。由于結點A和結點C為兩個較小的極點，因此容易產生180度的相移，使系統不穩定。

在圖1的典型結構中，主極點位置與結點C電阻和輸出負載電容CL有關。負載電阻RL在不同的應用中阻值有很大不同，所以主極點的位置也在很大范圍內發生變化。為了使系統趨向于穩定，傳統的方法是利用輸出負載電容CL和其等效串聯電阻ESR形成零點來補償。

但是，對于不同的負載電阻RL，等效串聯電阻ESR的最大和最小值都有限制。通常，需要昂貴而龐大的輸出電容以獲得精確的電容值和等效串聯電阻ESR值。相對于陶瓷電容而言，電解電容和鉭電容體積龐大，價格昂貴，等效串聯電阻ESR有幾歐姆。陶瓷電容等效串聯電阻ESR只有幾毫歐到幾十毫歐之間。采用傳統的補償方法就要求等效串聯電阻ESR即不能太大也不能太小。一般情況下要求等效串聯電阻ESR大概在幾百毫歐到幾歐之間。因此從成本考慮陶瓷電容是最佳選擇，但要求有電阻與其串聯使用。

上述傳統的補償方法不僅對電容和等效串聯電阻ESR要求很高，瞬態響應特性較差和輸出紋波較大，而且固定的零點只能對于有限的輸出電流范圍起到穩定作用，而對于輸出負載變化很大情況，系統穩定性依然會出現問題。對于負載電流從幾十微安到幾十毫安甚至幾百毫安的變化中，負載電阻會變化為原來幾千分之一，主極點的位置也會發生幾千倍的變化，一些寄生的極點對相位的影響不可忽略。系統就會趨向于不穩定。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術中所存在的缺陷，提供一種低壓差線性穩壓器中的自適應零點頻率補償電路。

本發明采用了下列技術方案解決了其技術問題：一種低壓差線性穩壓器中的自適應零點頻率補償電路，包括一個跨導放大器，該跨導放大器的輸出端通過電壓緩沖器連接電壓調整管的柵極，該電壓調整管的源極連接電源端，漏極與兩分壓電阻構成的反饋網絡相連接，該反饋網絡的中端連接跨導放大器的反相輸入端，其特征在于：還包括一個電流檢測電路，其一端連接電壓緩沖器與電壓調整管的公共端，另一端連接一個可變電阻電路的調節端，該可變電阻電路的一端連接跨導放大器補償端，另一端通過補償電容連接電壓緩沖器與電壓調整管的公共端。

本發明成功解決了低壓差線性穩壓器穩定性問題，而且使得負載電容的等效串聯電阻ESR對系統穩定性，瞬態響應，紋波的影響也并非至關重要。在本發明中，為了維持系統在輸出負載大范圍內變化時的穩定，要求無論負載如何變化，系統都有足夠的相位裕度。當負載較大，電流較小時，在結點C處極點即主極點位置較低，電流檢測電路檢測出的電流較小，此時可變電阻電路的電阻較大，零點位置也相對較低，起到補償作用；當負載減小，電流增大時，在結點C處主極點位置較高，檢測電路的檢測電流隨負載電流增大而增大，可變電阻電路阻值較小，零點位置較高。所以產生的自適應零點跟蹤極點的變化而變化，有效的保證系統工作在穩定狀態。

【附圖說明】

圖1為傳統的低壓差線性穩壓器電路結構示意圖；

圖2為本發明中自適應零點頻率補償電路結構圖；

圖3是本發明中電流檢測電路和可變電阻電路結構圖。

圖中各序號分別表示為：

1-跨導放大器；??2-電壓緩沖器；3-可變電阻電路；

4-電流檢測電路；R1-分壓電阻；?R2-分壓電阻；

Vref-基準電壓；?RL-負載電阻；?Cc-補償電容；

CL-輸出電容；????ESR-為負載電容CL寄生的等效串聯電阻；

M1-第一場效應管；M2-第二場效應管；M3-第三場效應管；

M4-第四場效應管；M5-第五場效應管；M6-第六場效應管；

M7-第七場效應管；M8-第八場效應管；M9-電壓調整管。

Vin-電源端