[發明專利]改善低壓差線性穩壓器全負載穩定性的補償方法及其電路

有效

• 申請號: 202010452401.6
• 申請日: 2020-05-26
• 公開（公告）號: CN111367345B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 楊國江;王海波
• 申請（專利權）人: 江蘇長晶科技有限公司
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

本發明公開了一種改善低壓差線性穩壓器全負載穩定性的補償方法及其電路，采用動態補償和固定補償兩者相結合的方法，動態補償采用MOS管作為有源補償的負載檢測管來鏡像負載電流，與RC固定補償網絡中的補償電容以及另外增設的補償電容共同構成有源補償，實現帶載范圍內重載部分的補償；偏置電流源的固定補償是通過設置MOS管構成的偏置電流源形成補償電阻，替代RC固定補償網絡中的補償電阻，與RC固定補償網絡中的補償電容一起，完成對輕載部分的補償，動態補償和固定補償兩者相結合，能夠共同實現包含輕載和重載的全負載范圍內的最佳補償。

技術領域

本發明涉及線性穩壓器，尤其涉及一種改善低壓差線性穩壓器（low dropoutlinear voltage regulator,簡稱LDO）全負載穩定性的補償方法及其電路，屬于集成電路技術領域。

背景技術

隨著便攜式電子產品的廣泛使用于工作和生活的各個方面，其對供電電源的性能提出了更高的要求，尤其是集成度、系統成本以及性能指標等等。線性穩壓器LDO屬于電源中的一種降壓電路，從原理上來將，LDO根據負載電阻的變化情況來調節自身的輸出阻抗，從而維持輸出電壓保持穩定。LDO現有兩種基本的電路，分別為圖1所示傳統LDO的第一種結構LDOA和圖2所示傳統LDO的第二種結構LDOB，兩種結構的內部結構和補償電路有區別，導致補償電路的位置略有不同，但是補償原理是一致的，都是固定RC補償。圖1的LDOA中，誤差放大器EA2的輸出接NMOS管N2，補償是針對N2進行固定RC補償；圖2的LDOB中，誤差放大器EA輸出接PMOS管P1，補償是針對P1采用的固定RC補償，兩種固定RC補償在輕重載時的補償效果相似。

當負載電流在大范圍變化時（變大或者變?。琇DO需要快速響應來滿足這種負載要求，那么LDO電路是否可以維持穩定的輸出，其中一個重要的技術就是要有合適的補償，以保證LDO系統環路穩定，不會出現振蕩。但是現有的LDO電路，內部的補償電路中補償電阻R和補償電容C都是固定的，即補償的零點是固定的，補償零點為fz=1/2πRC，輸出極點fo=1/(2πRloadCout)=Iload/(2π*Vout*Cout)是隨負載電流變化的，因此這種固定補償零點是針對特定的某一負載條件實現最佳的補償效果，那么其他負載情況的補償效果就會減弱，因此針對輸出負載發生大范圍變化的情況，就會導致輕載和重載的穩定狀況不能兼容。采用相位裕度PM對負載電流Iload的關系圖來說明穩定性和負載的關系。眾所周知，相位裕度PM大于45的系統比較穩定，低于45，穩定性變差，小于0時甚至會出現震蕩。圖3所示為傳統LDO的采用RC補償偏向輕載的補償效果圖，由于補償偏向輕載，因此在輕載時相位裕度PM遠大于45度，環路穩定性很好，但是在重載部分，相位裕度開始下降，遠低于45度，甚至可能會出現負值，導致系統出現震蕩。圖4所示為傳統LDO的采用RC補償偏向重載的補償效果圖，由于補償偏向重載，因此在重載時相位裕度遠大于45度，環路穩定性很好，但是在輕載部分，相位裕度開始下降，遠低于45度，甚至可能會出現負值，導致系統出現震蕩。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術存在的缺陷，提供一種改善低壓差線性穩壓器全負載穩定性的補償方法及其電路，通過有源負載補償和偏置電流源固定補償相結合的補償方法及其電路，可以明顯改善輕載和重載穩定性不能兼容的問題。

本發明采用的技術方案如下：一種改善低壓差線性穩壓器全負載穩定性的補償方法，線性穩壓器中設有補償電阻和補償電容構成的RC固定補償網絡，其特征在于，采用動態補償和固定補償兩者相結合的方法，即采用鏡像負載電流的有源補償和采用偏置電流源的固定補償相結合，其中，動態補償采用MOS管作為有源補償的負載檢測管來鏡像負載電流，與RC固定補償網絡中的補償電容以及另外增設的補償電容共同構成有源補償，其補償的零點跟隨負載變化，能夠實現帶載范圍內重載部分的補償；偏置電流源的固定補償是通過設置MOS管構成的偏置電流源形成補償電阻，替代RC固定補償網絡中的補償電阻，與RC固定補償網絡中的補償電容一起，完成對輕載部分的補償，動態補償和固定補償兩者相結合，共同實現包含輕載和重載的全負載范圍內的最佳補償。