CN109460105A - 一种动态零极点追踪补偿电路 - Google Patents

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邱旻韡
李娟�
陈红
罗永波
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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Abstract

本发明公开一种动态零极点追踪补偿电路，属于补偿电路技术领域。所述动态零极点追踪补偿电路包括主功率管MPOW2和从功率管MPOW1，所述主功率管MPOW2的栅极和所述从功率管MPOW1的栅极互连，所述从功率管MPOW1通过电阻Rs1与电源VDD连接，所述主功率管MPOW2与电压VDD直接连接。该结构简单，仅增加一个源级反馈电阻RS1就可以实现动态补偿技术，极大的减少了电路的面积开销，降低成本；电路中只有一个从功率管通路，对主功率管的分流大大减少，不会影响整个LDO的电压调整能力，提升LDO的整体性能指标；无需使用运放，电路复杂度低易于实现。因此具有较强的可移植性，电路适应性强，鲁棒性高。

Description

一种动态零极点追踪补偿电路
技术领域
本发明涉及补偿电路技术领域，特别涉及一种动态零极点追踪补偿电路。
背景技术
在高性能大功率的电子系统中，通常大量采用线性稳压器给整个系统供电。在LDO(low dropout regulator，即低压差线性稳压器)的众多指标中，环路稳定性是最基础也是最重要的一个参数。环路不稳定的LDO电路，在工作时会出现振荡的现象，直接影响其正常工作；同时，LDO的负载瞬态响应能力也与稳定性紧密相关。
传统的LDO环路补偿技术采用固定补偿，但只能应用于负载变化较小的小功率LDO中。因为大功率LDO电路负载电流可以达到安培级以上，此时电路输出极点的频率在轻载和重载下变化很大：轻载时输出极点在低频，成为环路主极点；重载时出现在中频，成为非主极点。传统的固定补偿技术只能针对环路中的固定极点进行补偿，对于大功率下动态可变的环路特性将无法有效补偿，因此大功率LDO通常采用动态补偿技术。
现有的动态补偿技术为动态零极点追踪补偿技术，其策略为：在环路内产生一个随负载动态变化的零点去跟踪输出极点的变化，从而达到在轻载和重载条件下都能有效补偿LDO环路的目的。该技术一种流行的实现方式称为伪ESR功率级补偿电路，其原理如图1所示。图1中MPOW2是LDO的主功率管，MPOW1是从功率管；RF1与RF2是LDO的反馈电阻，产生直流反馈通路，用于确定LDO的输出电压；电阻RP_ESR与电容CF构建交流反馈通路；从节点Vo2到节点Vz存在两条通路：MPOW2、RP_ESR和MPOW1，因此在节点Vz处产生前馈零点。该内部零点频率Z1的表达式为：
上式中，RP_ESR为电阻RP_ESR的阻值，CL为负载电容CL的容值，gmPOW2为主功率管MPOW2的跨导，gmPOW1为从功率管MPOW1的跨导，此时产生的零点频率固定，为了实现动态补偿，引入了随负载可变的受控伪ESR电阻，电路结构见图2，PMOS管Mz作为伪ESR电阻，运放AMP保证Ms与Mz有相同的过驱动电压；IC给MC管提供固定直流偏置以建立工作点，Mc管采样功率管的电流并给Ms提供动态偏置，因此Ms管的阻值将受负载控制；由于Mz与Ms有相同的过驱动电压，因此可以MZ的电阻也随负载变化，从而得到受负载控制的动态零点。
现有技术可以实现环路的动态补偿，但是也存在以下缺点：
(1)电路所需元器件较多，尤其采用了运放AMP去稳定伪ESR电阻器件的直流偏置点，将额外增加电路的面积开销，增加电路成本；
(2)电路除了主功率管外，还包含MPOW1，Mc两路次功率通路；这两条通路将分流主功率管对输出的驱动能力，影响主功率管对整个LDO的电压调整能力，恶化相关电路指标；
(3)该实现方式结构较为复杂，运放AMP的性能指标诸如失调电压、开环开环增益、带宽等将直接影响到伪ESR电阻阻值的精确性，进而影响整体的补偿效果。因此实现难度较大，可移植性不高，鲁棒性不是很理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态零极点追踪补偿电路，以解决现有的电路元器件多、结构复杂，且成本较高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种动态零极点追踪补偿电路，包括主功率管MPOW2和从功率管MPOW1，所述主功率管MPOW2的栅极和所述从功率管MPOW1的栅极互连，
所述从功率管MPOW1通过电阻Rs1与电源VDD连接，所述主功率管MPOW2与电压VDD直接连接。
可选的，所述动态零极点追踪补偿电路还包括电阻RP-ESR、RL、RF1、RF2和电容CF、CL，其中，
所述主功率管MPOW2的漏端通过电阻RF1和电阻RF2接地；所述从功率管MPOW1的漏端通过电容CF接在所述电阻RF1所述电阻RF2之间；所述电阻RP-ESR两端分别连接所述主功率管MPOW2的漏端和所述从功率管MPOW1漏端；所述电阻RL的一端连接所述主功率管MPOW2的漏端，另一端接地；所述电容CL的一端连接所述主功率管MPOW2的漏端，另一端接地。
可选的，所述动态零极点追踪补偿电路还包括运算放大器AMP，所述运算放大器AMP的负输入端接入基准电压VREF，正输入端连接在所述电阻RF1和所述电阻RF2之间，所述运算放大器AMP的输出端接所述从功率管MPOW1的栅极。
在本发明中提供了一种动态零极点追踪补偿电路，包括主功率管MPOW2和从功率管MPOW1，所述主功率管MPOW2的栅极和所述从功率管MPOW1的栅极互连，所述从功率管MPOW1通过电阻Rs1与电源VDD连接，所述主功率管MPOW2与电压VDD直接连接。
本发明相比于目前现有技术的优点如下：
(1)结构简单，仅增加一个源级反馈电阻RS1就可以实现动态补偿技术，极大的减少了电路的面积开销，降低成本；
(2)电路中只有一个从功率管通路，对主功率管的分流大大减少，不会影响整个LDO的电压调整能力，提升LDO的整体性能指标；
(3)无需使用运放，电路复杂度低易于实现。因此具有较强的可移植性，电路适应性强，鲁棒性高。
附图说明
图1是现有的固定频率伪ESR零点电路原理图；
图2是现有的动态伪ESR零点追踪补偿技术电路原理图；
图3是本发明提供的动态零极点追踪补偿电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种动态零极点追踪补偿电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种动态零极点追踪补偿电路，用于大功率LDO中，给LDO环路提供补偿，改善环路稳定性。所述动态零极点追踪补偿电路的结构如图3所示，包括主功率管MPOW2和从功率管MPOW1，所述主功率管MPOW2的栅极和所述从功率管MPOW1的栅极互连，所述从功率管MPOW1通过电阻Rs1与电源VDD连接，所述主功率管MPOW2与电压VDD直接连接。
具体的，所述动态零极点追踪补偿电路还包括电阻RP-ESR、RL、RF1、RF2和电容CF、CL，其中，所述主功率管MPOW2的漏端通过电阻RF1和电阻RF2接地；所述从功率管MPOW1的漏端通过电容CF接在所述电阻RF1所述电阻RF2之间；所述电阻RP-ESR两端分别连接所述主功率管MPOW2的漏端和所述从功率管MPOW1漏端；所述电阻RL的一端连接所述主功率管MPOW2的漏端，另一端接地；所述电容CL的一端连接所述主功率管MPOW2的漏端，另一端接地。
具体的，动态零极点追踪补偿电路还包括运算放大器AMP，所述运算放大器AMP的负输入端接入基准电压VREF，正输入端连接在所述电阻RF1和所述电阻RF2之间，所述运算放大器AMP的输出端接所述从功率管MPOW1的栅极。
相比现有技术，本发明在从功率管MPOW1的源端串联一个电阻Rs1构成源级负反馈。此时所述从功率管MPOW1的跨导GmPOW1为：
在式(2)中，gmPOW1是从功率管MPOW1的跨导，RS1是电阻RS1的阻值，因此本发明产生的伪ESR零点Z1为：
因为从功率管MPOW1用于采样负载电流，所以其跨导随负载增加而增加。本发明产生的零点计算公式在公式(1)的基础上乘以一个随负载变化的因子(1+gmPOW1*RS1)，等效得到一个随负载变化的受控电阻，就可以实现补偿零点的动态调整，达到补偿的目的。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种动态零极点追踪补偿电路，
包括主功率管MPOW2和从功率管MPOW1，所述主功率管MPOW2的栅极和所述从功率管MPOW1的栅极互连，
其特征在于，
所述从功率管MPOW1通过电阻Rs1与电源VDD连接，所述主功率管MPOW2与电压VDD直接连接。
2.如权利要求1所述的动态零极点追踪补偿电路，其特征在于，所述动态零极点追踪补偿电路还包括电阻RP-ESR、RL、RF1、RF2和电容CF、CL，其中，
所述主功率管MPOW2的漏端通过电阻RF1和电阻RF2接地；所述从功率管MPOW1的漏端通过电容CF接在所述电阻RF1所述电阻RF2之间；所述电阻RP-ESR两端分别连接所述主功率管MPOW2的漏端和所述从功率管MPOW1漏端；所述电阻RL的一端连接所述主功率管MPOW2的漏端，另一端接地；所述电容CL的一端连接所述主功率管MPOW2的漏端，另一端接地。
3.如权利要求2所述的动态零极点追踪补偿电路，其特征在于，所述动态零极点追踪补偿电路还包括运算放大器AMP，所述运算放大器AMP的负输入端接入基准电压VREF，正输入端连接在所述电阻RF1和所述电阻RF2之间，所述运算放大器AMP的输出端接所述从功率管MPOW1的栅极。
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