CN106774588A - 一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器 - Google Patents

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Abstract

模拟低压差线性稳压器为闭环负反馈结构，可以在调整管的输入和输出之间加入密勒补偿电路保证环路的稳定性，然而在不同负载下，调整管的工作状态会发生改变，使得密勒等效到调整管输入端的电容值发生改变，因而环路主极点的大小跟着发生改变，最终影响环路的稳定性；本发明提供了一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，在使用密勒补偿的低压差线性稳压器电路中，利用电压检测电路检测调整管栅极的电压，判断调整管的工作状态，根据不同工作状态下调整管栅极的等效电容，通过电容补偿电路调整不同工作状态下调整管栅极节点电容的大小，使其基本不变，减小节点等效电容的变化，进而保证主极点频率的稳定。

Description

一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器
技术领域
本发明属于集成电路设计技术领域，特别涉及一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器。
背景技术
低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)可为集成电路供电，具有输出电流稳定、噪声小、静态电流小等优点。图1是典型的LDO原理图，其中VOUT是LDO的输出电压，为负载供电；RL、CL是等效负载电阻和电容；电阻RF1和RF2用于对VOUT进行采样，得到反馈电压VF；VF和参考电压VREF比较，经过误差放大器AMP放大后得到控制电压VC；VC控制调整管M1的栅极，从而可以根据负载情况输出合适的电流。
LDO是一个带有负反馈的电路，需要考虑其反馈的稳定性。一种改善负反馈环路稳定性的方法是采用密勒补偿。如图2所示，在M1管的栅极和漏极之间接入电容CC和电阻RC。电容CC起密勒补偿作用，当由M1、RF1、RF2、RL、CL等元器件构成的放大器具有较高增益的时候，CC在M1管的栅极可等效为一个大电容，使得M1管的栅极节点变成反馈环路的主极点，从而保证环路的稳定性。电阻RC则用于抵消环路中的零点，进一步提高环路的稳定性。
然而随着负载的变化，M1管的栅极控制电压VC会发生很大的改变，使得M1管可能工作在亚阈值区、饱和区、线性区等多种状态下。这时主要有两个问题：一是M1管在不同工作状态时，由M1、RF1、RF2、RL、CL等元器件构成的放大器的增益会有很大的变化，电容CC等效到M1管栅极的等效电容随之改变。二是M1管在不同工作状态下，其自身栅极电容也不一样。因此在不同负载下，反馈环路位于M1管栅极的主极点频率是变化的，这会影响电路的稳定性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，通过检测调整管栅极电压、判断其工作状态、然后控制连接到其栅极的电容大小，实现电容补偿的功能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，在使用密勒补偿的低压差线性稳压器电路中，利用电压检测电路检测调整管栅极的电压，判断调整管的工作状态，根据不同工作状态下调整管栅极的等效电容，通过电容补偿电路调整不同工作状态下调整管栅极节点电容的大小，使其基本不变，进而保证主极点频率的稳定。
所述使用密勒补偿的低压差线性稳压器电路中，VOUT为输出电压，为负载供电，等效负载电阻RL和等效负载电容并联接在VOUT与GND之间，通过采样电阻RF1和电阻RF2对VOUT进行分压取样，得到反馈电压VF，VF和参考电压VREF进行比较，经过误差放大器AMP放大后得到控制电压VC，VC控制调整管M1的栅极电压，用于密勒补偿的电容CC和用于消除零点的电阻RC串联在VC与VOUT之间。
所述电压检测电路配有缓冲电路，对调整管栅极电压进行缓冲，提供给后级比较器阵列使用，所述比较器阵列包含多个比较器，每个比较器的一个输入是电压检测及缓冲电路的输出，另一个输入是参考电平，各比较器的参考电平不同，根据不同的电平确定调整管所处的工作状态。
所述电容补偿电路包括若干组并联支路，每组支路由一个电容和一个开关串联组成，各支路连接在调整管的栅极与电源之间，所述比较器阵列的输出结果提供给电容开关控制电路，通过电容开关控制电路控制开关各支路中开关的通断，从而调整连接在调整管栅极上的电容大小。当调整管栅极节点的电容变小时，增加接入的电容支路，使得总电容变大；当调整管栅极节点的电容变大时，减少接入的电容支路，使得总电容变小。
所述调整管的工作状态包括亚阈值区、饱和区或线性区。
所述调整管在不同工作状态下的等效电容通过前期电路设计和仿真确定。
与现有技术相比，本发明通过对LDO调整管的栅极电容进行补偿，保证反馈环路位于调整管栅极的主极点频率不随负载变化，从而保证电路的稳定性。
附图说明
图1是模拟低压差线性稳压器原理图。
图2是带有密勒补偿的模拟低压差线性稳压器原理图。
图3是对调整管栅极电容进行补偿的原理图。
图4是采用模拟电路补偿调整管栅极电容的低压差线性稳压器原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明调整管栅极电容补偿方法，其原理如图3所示。电压监测电路检测调整管栅极的电压。由于调整管漏极、即LDO的输出电压是固定的，因此检测其栅极电压就可以判断调整管的工作状态，例如是位于亚阈值区、饱和区或线性区等。通过前期电路设计和仿真可以大致确定在不同工作状态下调整管栅极的等效电容。由此可以通过电容补偿电路调整不同工作状态下调整管栅极节点电容的大小，使其基本不变，进而保证主极点频率的稳定。
采用模拟电路对调整管栅极电容进行补偿的LDO如图4所示。其主体电路仍为使用密勒补偿的LDO。VOUT为LDO的输出电压；RL、CL为等效负载电阻和电容；电阻RF1和RF2对VOUT进行分压取样，得到反馈电压VF；VF和参考电压VREF进行比较，经过误差放大器AMP放大后得到控制电压VC；VC控制调整管M1的栅极电压。电容CC为密勒补偿电容，电阻RC用于消除零点。
本发明在此基础上增加了电容补偿电路。控制电压VC提供给电压检测及缓冲电路，该电路对电压VC进行缓冲、滤波及幅度调整等适当变化，提供给后级比较器阵列使用。比较器阵列包含多个比较器，每个比较器的一个输入是电压检测及缓冲电路的输出，另一个输入是参考电平。各比较器的参考电平不同，根据不同的电平可确定调整管所处的工作状态。比较器阵列的输出结果提供给电容开关控制电路，该电路控制开关S1～SN的通断，从而可以调整连接在调整管M1栅极上的电容大小。调整管M1的栅极和电源之间并联多条支路，每条支路包含一个电容和一个开关，支路的数量N由具体设计决定。开关断开，支路电容不接入M1管的栅极；开关闭合，支路电容接入M1管的栅极。当M1管栅极节点的电容变小时，增加接入的电容支路，使得总电容变大；当M1管栅极节点的电容变大时，减少接入的电容支路，使得总电容变小。通过该控制可以保证M1管栅极的总电容基本不变。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，在使用密勒补偿的低压差线性稳压器电路中，利用电压检测电路检测调整管栅极的电压，判断调整管的工作状态，根据不同工作状态下调整管栅极的等效电容，通过电容补偿电路调整不同工作状态下调整管栅极节点电容的大小，使其基本不变，进而保证主极点频率的稳定。
2.根据权利要求1所述采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述使用密勒补偿的低压差线性稳压器电路中，VOUT为输出电压，为负载供电，等效负载电阻RL和等效负载电容并联接在VOUT与GND之间，通过采样电阻RF1和电阻RF2对VOUT进行分压取样，得到反馈电压VF，VF和参考电压VREF进行比较，经过误差放大器AMP放大后得到控制电压VC，VC控制调整管M1的栅极电压，用于密勒补偿的电容CC和用于消除零点的电阻RC串联在VC与VOUT之间。
3.根据权利要求1所述采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电压检测电路配有缓冲电路，对调整管栅极电压进行缓冲，提供给后级比较器阵列使用，所述比较器阵列包含多个比较器，每个比较器的一个输入是电压检测及缓冲电路的输出，另一个输入是参考电平，各比较器的参考电平不同，根据不同的电平确定调整管所处的工作状态。
4.根据权利要求3所述采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电容补偿电路包括若干组并联支路，每组支路由一个电容和一个开关串联组成，各支路连接在调整管的栅极与电源之间，所述比较器阵列的输出结果提供给电容开关控制电路，通过电容开关控制电路控制开关各支路中开关的通断，从而调整连接在调整管栅极上的电容大小。
5.根据权利要求4所述采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，当调整管栅极节点的电容变小时，增加接入的电容支路，使得总电容变大；当调整管栅极节点的电容变大时，减少接入的电容支路，使得总电容变小。
6.根据权利要求1所述采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述调整管的工作状态包括亚阈值区、饱和区或线性区。
7.根据权利要求1所述采用模拟电路补偿电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述调整管在不同工作状态下的等效电容通过前期电路设计和仿真确定。
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