CN104750149A - 一种低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压差线性稳压器，包括：误差放大器，其反向输入端与参考电压端相连，其同相输入端与反馈电压端相连；补偿场效应管，其栅极接所述误差放大器的输出端，漏极接输入电源；补偿电容，其一端接所述补偿场效应管的源极，另一端接所述误差放大器的输出端；串接的调零电阻和调零电容，构成带调零电阻的米勒补偿部分，该米勒补偿部分的一端接所述误差放大器的输出端，另一端接电压输出端；功率管，其栅极接所述误差放大器的输出端，源极接电压输出端，漏极接输入电源；串接的第一电阻和第二电阻构成电阻分压网络，该电阻分压网络的一端接电压输出端，另一端接地，中间接所述反馈电压端。本发明能够增强大负载电流时输出电压的稳定性。

Description

一种低压差线性稳压器

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器（LDO，Low Dropout Regulator）能够为模拟电路和射频电路等噪声敏感提供低输出纹波的电源，而且结构相对简单，外围元器件少，因而被广泛应用于闪存（flash memory）等片上系统（System-On-a-Chip）中。

参照图1，示出了现有技术一种LDO的电路结构示意图，其中，V120表示反馈电压，VBG表示参考电压，out表示电压输出端，VB表示偏置电压输入端，MN3、MN4、MN5、MN1、MN2、MP1、MP2、MP3和MP4构成误差放大器，Rm、Cm构成带调零电阻的米勒补偿部分，MP7是功率管，R1和R2构成电阻分压网络，V120反馈给该误差放大器的输入端，由该误差放大器将V120与VBG进行比较，并根据比较结果开控制MP7的gate端。

图1所示电路主要依靠米勒补偿，由于MP7的输出阻抗与流经的电流成反比，故在负载电流很大时MP7的输出阻抗将变小，MP7的增益降低，几乎变为1，米勒效应减弱，这样会导致输出电压的稳定性变差；从而降低了LDO的驱动能力，在实际应用中，全片集成的LDO只能驱动100pF左右的电容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低压差线性稳压器，能够增强大负载电流时输出电压的稳定性，从而能够增强稳压器的驱动能力。

为了解决上述问题，本发明公开了一种低压差线性稳压器，包括：

误差放大器，其反向输入端与参考电压端相连，其同相输入端与反馈电压端相连；

补偿场效应管，其栅极接所述误差放大器的输出端，漏极接输入电源；

补偿电容，其一端接所述补偿场效应管的源极，另一端接所述误差放大器的输出端；

串接的调零电阻和调零电容，构成带调零电阻的米勒补偿部分，该米勒补偿部分的一端接所述误差放大器的输出端，另一端接电压输出端；

功率管，其栅极接所述误差放大器的输出端，源极接电压输出端，漏极接输入电源；

串接的第一电阻和第二电阻构成电阻分压网络，该电阻分压网络的一端接电压输出端，另一端接地，中间接所述反馈电压端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明引入了补偿场效应管MP6和补偿电容Cz，在负载电流很大时，调零电阻Rm和调零电容Cm所起的密勒效应很弱，功率管MP7栅极的电压会降低，此时会开启补偿场效应管MP6；而对于补偿场效应管MP6，其漏极和源极之间的沟道电阻与栅极和源极之间的电压有关，故可以看成一个压控电阻Rz，该压控电阻Rz可与补偿电容Cz引入一个左半平面的零点RzCz，且可与误差放大器U1输出端的寄生电容C₀₁引入一个极点RzC₀₁；而同时，功率管MP7栅极的电压降低会使得该压控电阻Rz变得足够小，以致于该左半平面的零点RzCz和极点RzC₀₁也变得足够小，远在系统带宽之外，此种情况下，该左半平面的零点RzCz和极点RzC₀₁对于系统来说可以忽略不计，使得系统在大负载电流下依然能够工作，故相对于现有技术能够增强大负载电流时输出电压的稳定性，从而能够增强稳压器的驱动能力。例如，本发明实施例的低压差线性稳压器能够驱动2nF～10nF的负载电容。

附图说明

图1是现有技术一种LDO的电路结构示意图；

图2是本发明一种低压差线性稳压器实施例的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图2，示出了本发明一种低压差线性稳压器实施例的结构图，具体可以包括：

误差放大器U1，其反向输入端与参考电压端Vref相连，其同相输入端与反馈电压端V120相连；

补偿场效应管MP6，其栅极接所述误差放大器U1的输出端，漏极接输入电源；

补偿电容Cz，其一端接所述补偿场效应管MP6的源极，另一端接所述误差放大器U1的输出端；

串接的调零电阻Rm和调零电容Cm，构成带调零电阻的米勒补偿部分，该米勒补偿部分的一端Rm接所述误差放大器U1的输出端，另一端Cm接电压输出端out；

功率管MP7，其栅极接所述误差放大器U1的输出端，源极接电压输出端out，漏极接输入电源；

串接的第一电阻R1和第二电阻R2构成电阻分压网络，该电阻分压网络的一端R1接电压输出端，另一端R2接地，中间接所述反馈电压端V120。

本发明实施例的低压差线性稳压器可以应用于闪存（flash memory）等片上系统（System-On-a-Chip）中，以发挥其体积小、外接元件小、低功耗、干扰小、输出噪声低、使用方便、价格低廉的优势。

本发明实施例引入了补偿场效应管MP6和补偿电容Cz，在负载电流很大时，调零电阻Rm和调零电容Cm所起的密勒效应很弱，功率管MP7栅极的电压会降低，此时会开启补偿场效应管MP6；而对于补偿场效应管MP6，其漏极和源极之间的沟道电阻与栅极和源极之间的电压有关，故可以看成一个压控电阻Rz，该压控电阻Rz可与补偿电容Cz组成一个相移电路（RC电路，resistor–capacitor circuit），该RC电路可以引入一个左半平面的零点RzCz，且与误差放大器U1输出端的寄生电容C₀₁引入一个极点RzC₀₁；而同时，功率管MP7栅极的电压降低会使得该压控电阻Rz变得足够小，以致于该左半平面的零点RzCz和极点RzC₀₁也变得足够小，远在系统带宽之外，此种情况下，该左半平面的零点RzCz和极点RzC₀₁对于系统来说可以忽略不计，因此能够使得系统在大负载电流下依然能够工作，故相对于现有技术能够增强大负载电流时输出电压的稳定性，从而能够增强驱动能力。例如，本发明实施例的低压差线性稳压器能够驱动2nF～10nF的负载电容。

下面通过传递函数说明上述零点抵消极点的过程。

根据基尔霍夫方程可以得到图2所示电路的传递函数：

其中，P_-3dB为主极点，A_dc为直流增益，C₀₁为误差放大器U1输出端的寄生电容，g_m2为功率管MP7的跨导，s为拉普拉斯变换的系数，Rz为补偿场效应管MP6的导通电阻，C_L为总的输出负载电容。

公式（1）对应传递函数可以近似为：

当负载电流很小时，公式（2）对应传递函数可以近似为：

公式（3）中分子和分母中一项可以抵消，这样，图2所示电路具体可以包括一个零点和三个极点，其中，R_zC₀₁是第三个极点，该第三个极点位于很远的位置，而由于寄生电容C₀₁比较小，故第三个极点在带宽外，可以不考虑，这样电路实际上包括一个零点和两个极点；而对于第二极点，在负载电流小的情况下，补偿场效应管MP6的栅极电压较低，这样补偿场效应管MP6的导通电阻比较大，即Rz很大，这样Rz>>Rm（“＞＞”表示远大于），所以该第二极点也比较远，故此时电路稳定。

当负载电流很大时，功率管MP7栅极的电压会降低，此时会使得补偿场效应管MP6更容易导通；而对于补偿场效应管MP6，其漏极和源极之间的沟道电阻与栅极和源极之间的电压有关，故可以看成一个压控电阻，该压控电阻可与补偿电容Cz组成一个RC电路，该RC电路可以引入一个左半平面的零点RzCz；而同时，功率管MP7栅极的电压降低会使得该压控电阻变得足够小，以致于该左半平面的零点RzCz和极点RzC₀₁也变得足够小，远在系统带宽之外，此种情况下，该左半平面的零点RzCz和极点RzC₀₁对于系统来说可以忽略不计；因此，公式（2）对应传递函数可以近似为：

此时，电路具体可以包括一个实极点、一对共轭极点和一个零点，依据

分母因式可以得到电路的阻尼因子为：

故本领域技术人员可以通过Rz和Cz来控制阻尼因子，以达到电路的稳定。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种低压差线性稳压器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：

误差放大器，其反向输入端与参考电压端相连，其同相输入端与反馈电压端相连；

补偿场效应管，其栅极接所述误差放大器的输出端，漏极接输入电源；

补偿电容，其一端接所述补偿场效应管的源极，另一端接所述误差放大器的输出端；

串接的调零电阻和调零电容，构成带调零电阻的米勒补偿部分，该米勒补偿部分的一端接所述误差放大器的输出端，另一端接电压输出端；

功率管，其栅极接所述误差放大器的输出端，源极接电压输出端，漏极接输入电源；

串接的第一电阻和第二电阻构成电阻分压网络，该电阻分压网络的一端接电压输出端，另一端接地，中间接所述反馈电压端。