CN1858673A - 用于增强低压降稳压器补偿的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压降稳压器，该低压降稳压器包括误差放大器(110)、动态偏置电路(140)、驱动电路(120)、反馈电路(130)以及补偿回路(150)，同时，该低压降稳压器还包括一个零点发生器(160)。由于加入了新的结构：零点发生器(160)，本发明的低压降稳压器在负载比较大的情况下，可以相应的调节补偿电容的大小以提供高效率的补偿，同时由于零点发生器为低压降稳压器系统提供了一个内部零点，可以有效的避免右半平面共轭极点的出现，从而使低压降稳压器稳定的工作。阻尼因子调整电路可进一步优化该系统的稳定性。

Description

用于增强低压降稳压器补偿的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于低压降稳压器补偿的补偿装置和方法，尤其是一种用于增强低压降稳压器补偿的补偿装置和方法。

背景技术

如今低压降稳压器(LDO)越来越广泛地用于各种电子设备中，而随着低压降稳压器的广泛应用，不论是在设计上，还是在工业生产中，我们对低压降稳压器的要求也越来越高。其中，低压降稳压器的稳定性至关重要，而其响应速度、负载的范围也是一个很重要的指标。图1所示为一个典型的低压降稳压器结构。图2所示为一个典型的低压降稳压器电路图。通常，最基本的低压降稳压器由一个误差放大器110、驱动电路120以及反馈电路130组成。误差放大器110的两个输入端分别接收一个预选设定的参考电压和从反馈电路130接收一个反馈电压，该差值被放大后被输送至驱动电路120；驱动电路120通常由一个旁通元件(MPASS管)组成，它根据误差放大器110的输出调整输出电流，同时为低压降稳压器的负载(图中未示出)提供足够的功率；而反馈电路130对低压降稳压管的输出电压进行分压，给误差放大器110提供一个可以反映当前输出电压的反馈电压。一般情况下，这样的低压降稳压器结构响应速度较低而且不够稳定。为了解决这一问题，在现在的多数低压降稳压器中，都包括有一个连接在误差放大器110和驱动电路120之间的动态偏置电路140。动态偏置电路的加入有效的提高了低压降稳压器的响应速度，但同时我们需要同时增加一个补偿回路150以使该低压降稳压器比较稳定的工作。通常，该补偿电路150由一个电容Cc 10组成(例如由GARM于1998年10月6日申请的题为《有源补偿电容乘法器》的第09/167506号美国专利申请)。由于这个跨接在误差放大器和低压降稳压器输出级之间的电容产生一种米勒效应，我们也称该电容为米勒电容。这个米勒电容的加入，可以给低压降稳压器提供有效的米勒补偿，在系统负载比较稳定的情况下，我们可以通过系统方程，计算出该米勒电容的大小，我们通过调整米勒电容的大小，从而使低压降稳压器稳定的工作。然而，由于该补偿电路的插入，使得低压降稳压器的稳定性受到了影响。实验证明，在一定的情况下，尤其是在电容性负载范围较大并且输出电流较大的情况下，这样的低压降稳压器结构往往是不稳定的。

因此，需要一种可克服上述缺点，提供一种可负载较大范围、能够提供高效率补偿同时工作稳定的低压降稳压器。

发明内容

为了达到上述目的，提供一种可负载较大范围、能够提供高效率补偿同时工作稳定的低压降稳压器。本发明提供了一种低压降稳压器，该低压降稳压器包括误差放大器、动态偏置电路、驱动电路、反馈电路以及补偿回路，同时，该低压降稳压器还包括一个零点发生器。由于加入了新的结构：零点发生器，本发明的低压降稳压器在较大的负载范围情况下，可以有效地消除米勒电容所引起的右半平面的共轭极点，使低压降稳压器稳定的工作，同时提供高效率的补偿。

本发明提供了一种低压降稳压器，该低压降稳压器包括误差放大器、动态偏置电路、驱动电路、反馈电路、补偿回路以及一个零点发生器，同时，该低压降稳压管还包括一个阻尼因子调整电路。用于调整低压降稳压器系统的阻尼因子，优化低压降稳压器的频率响应特性。

本发明还提供了一种增强低压降稳压器补偿的方法，该增强补偿的方法包括步骤：接收一个参考电压；接收一个反映当前输出电压的反馈电压；计算所述参考电压和所述反馈电压的差值并放大；对所述放大的差值进行处理，驱动和控制驱动电路；产生一个输出电压；利用米勒效应进行补偿；以及在低压降稳压器中产生一个内部零点。

附图说明

为了要更好地了解本发明的其它目的、特征及优点，应参考附图来阅读以下的具体实施方式，其中相同的标号代表相同的组件：

图1所示为一个典型的低压降稳压器结构；

图2所示为一个典型的低压降稳压器电路图；

图3所示为一个典型的低压降稳压器电路图的频率响应图；

图4所示为一个的典型低压降稳压器结构的根轨迹图；

图5所示为本发明的带有零点发生器的一个低压降稳压器结构；

图6所示为本发明的低压降稳压器结构的根轨迹图；

图7所示为本发明的带有零点发生器的一个低压降稳压器电路图；

图8所示为本发明的低压降稳压器电路图的频率响应图；

图9所示为本发明的一个带有阻尼因子调整电路的低压降稳压器电路图；

具体实施方式

为了能更清楚地说明本发明的原理，这里我们有必要研究一下造成低压降稳压器不稳定的原因。低压降稳压器为一负反馈系统，因此需要频率补偿以确保系统稳定。对于一个反馈系统来说，必须满足三个条件，我们才认为这个系统是稳定的。首先，根据反馈系统的根轨迹理论，只要一个系统存在右半平面的极点，则这个系统是不稳定的。那么，一个稳定的低压降稳压器，首先其极点和零点都必须处在左半平面。其次，如果系统的开环传递函数没有足够的相位裕度，输出也会发生振荡。要确保系统稳定，必须维持足够的相位裕度，通常我们认为相位裕度小于45度的系统是不稳定的。最后，要确保系统稳定，必须维持足够的幅度余量，通常我们认为一个稳定的系统要维持小于-12dB的幅度余量。我们可利用软件绘出完整的开环频率响应，检查其相位裕度和幅度余量是否足够。而系统的极点和零点坐标也可以通过软件模拟出来。

一般低压降稳压器的频率响应，如图3所示。这是带有动态偏置电路140和补偿回路150的低压降稳压器的频率响应模拟图。我们使用图2所示的电路对该结构进行模拟分析，其中Cc 10为30pf。从图3中很明显的看到，该系统存在一对右半平面的极点：(71.9061k，-463.6408k)和(71.9061k，463.6408k)。显然这样的系统是不稳定的。为什么会出现这样的情况呢？根据根轨迹理论，当回路形成时，左半平面的两个极点将成对地向彼此移动从而形成一对共轭极点。在补偿电容Cc 10的作用下，这对共轭极点将会继续运动，它们的运动轨迹是不确定的，图4所示为这对共轭极点的各种运动轨迹之中的一种，可以很明显地看出，这对共轭极点是朝坐标轴的右半平面运动的，可以预料的是，在一定的条件下，这对共轭极点可能会穿越左半平面，从而出现右半平面的共轭极点。图3就是一个例证。实验证明，在电容性负载范围较大并且输出电流较大的情况下，容易出现右半平面的共轭极点。

这对共轭极点的出现，使系统的稳定性受到了影响，为了消除这种影响，最直接的办法就是防止这种共轭极点的出现。图5所示为本发明的一个低压降稳压器结构，和图1不同的是，本发明在此基础上增加了一个新的装置：零点发生器160，其作用在于为低压降稳压器提供一个内部零点。如图6所示，在产生一个零点之后，原来的两个极点的运动轨迹被改变了。左边的极点将开始向新产生的零点运动，虽然我们不能判定另外一个极点的运动情况，但很显然，在这种情况下，两个极点相向运动的情况不可能出现了，这样，两个极点自然也不可能相遇了，这就避免了共轭极点的出现，自然也避免了右半平面的共轭极点的出现。于是，加入了零点发生器160的低压降稳压器有效的避免了右半平面极点的出现，从而提高了系统的稳定性。

作为本发明的一个优选实施例，图5所示零点发生器160的一端连接在误差放大器110的输出端，另一端接地，实验证明，将该零点发生器160的一端连接在动态偏置电路140的输出端，另一端接地也可以取得不错的效果(未示出)。实际上低压降稳压器的结构是多样的，图5所示的结构只是本发明的零点发生器的一种应用，当然它也可以连接在其他多种的低压降稳压器结构中而产生同样的效果。

图7所示为本发明的一个包括零点发生器160的低压降稳压器电路图。该零点发生器160由一个电阻Rz1 11和一个电容Cc1 12串连组成。这样就可以产生一个

$\mathrm{Zero}=\frac{1}{\mathrm{Rz}1\·\mathrm{Cc}1}$

的零点。根据负载和Cc 10的不同，我们可以选取不同阻值的电阻和不同的电容，从而使零点发生器160所产生的零点的位置发生变化。为了减小低压降稳压器的尺寸，Cc1 12也可由一个MOS管代替。

为了更进一步说明本发明的效果，我们通过软件对图7所示的本发明低压降稳压器的频率响应进行了仿真，结果如图8所示。首先，从该频率响应的曲线图我们可以很明显地看到，该系统不存在右半平面的极点。其次，在0dB时系统的相位偏移为100度左右，相应的相位裕度达到了180-100＝80度，大于要求的45度；最后，系统的幅度余量为-55dB左右，远小于要求的-12dB。在没有右半平面的极点、相位裕度和幅度余量都满足条件的情况下，很明显，这样的系统是非常稳定的。

为了更进一步的提高本发明低压降稳压器的稳定性和补偿效果，确保在各种负载情况下有足够的增益余量和相位裕度，这就要求低压降稳压器的阻尼因子不能过小也不能过大。如果阻尼因数过小，单位增益频率附近或之上就会出现频率“峰值”，缩小了增益余量；若阻尼因数过大，共轭极点将变成两个单独的实极点，回路增益带宽将被降低。于是，在加入零点发生器160的基础上，本发明的低压降稳压器还进一步包括一个阻尼因子调整电路170，如图9所示。阻尼因子调整电路170用于调整低压降稳压器系统的阻尼因子，优化系统的稳定性。通常，作为本发明的一个优选实施例，该阻尼因子调整电路170由一个电容Cm 13组成。为了减小低压降稳压器的尺寸，这个电容也可以有一个MOS管代替。实验证明，这样的方法有效的控制了低压降稳压器的阻尼因子，本发明的低压降稳压器在以下各种负载条件下都是稳定的：由导通元件决定的负载电流达到130mA，等效串联电阻达到3ohm，负载电容范围从0.47uF到10uF。

在本文中所描述的实施例只是许多可使用本发明的实例中的一些例子，且只是作为举例的目的而非作为限制的目的被举出。很明显的是，对于本领域技术人员而言是很显而易见的许多其它的实施例都可在不偏离本发明的精神及范围下被达成。

Claims (17)

1.一种低压降稳压器，所述低压降稳压器由误差放大器、动态偏置电路、驱动电路、反馈电路以及补偿回路组成，所述误差放大器的两个输入端分别接收一个预选设定的参考电压和从反馈电路接收一个反馈电压；所述动态偏置电路的输入端连接在误差放大器的输出端，而其输出端连接在驱动电路的输入端；所述驱动电路接收来自动态偏置电路的信号，控制输出电压；所述反馈电路将输出电压进行分压得到一个反馈电压，输送至误差放大器；所述补偿回路的一端连接在低压降稳压管的输出端，另一端与误差放大器相连；其特征在于：所述低压降稳压器包括一个在低压降稳压器内部产生内部零点的零点发生器，该零点发生器的一端连接在所述误差放大器的输出端，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的低压降稳压器，其特征在于：所述零点发生器由至少一个电阻和一个电容组成。

3.根据权利要求2所述的低压降稳压器，其特征在于：所述电阻和电容是可调的。

4.根据权利要求1所述的低压降稳压器，其特征在于：所述零点发生器由至少一个电阻和一个MOS管组成。

5.根据权利要求4所述的低压降稳压器，其特征在于：所述电阻是可调的。

6.根据权利要求1所述的低压降稳压器，其特征在于：所述低压降稳压器还包括一个阻尼因子调整电路。

7.根据权利要求6所述的低压降稳压器，其特征在于：所述阻尼因子调整电路包括一个电容。

8.根据权利要求6所述的低压降稳压器，其特征在于：所述阻尼因子调整电路包括一个MOS管。

9.一种低压降稳压器，所述低压降稳压器由误差放大器、动态偏置电路、驱动电路、反馈电路以及补偿回路组成，所述误差放大器的两个输入端分别接收一个预选设定的参考电压和从反馈电路接收一个反馈电压；所述动态偏置电路的输入端连接在误差放大器的输出端，而其输出端连接在驱动电路的输入端；所述驱动电路接收来自动态偏置电路的信号，控制输出电压；所述反馈电路将输出电压进行分压得到一个反馈电压，输送至误差放大器；所述补偿回路的一端连接在低压降稳压管的输出端，另一端与误差放大器相连；其特征在于：所述低压降稳压器包括一个在低压降稳压管内部产生一个零点的零点发生器，该零点发生器的一端连接在所述动态偏置电路的输出端，另一端接地。

10.根据权利要求9所述的低压降稳压器，其特征在于：所述零点发生器由至少一个电阻和一个电容组成。

11.根据权利要求10所述的低压降稳压器，其特征在于：所述电阻和电容是可调的。

12.根据权利要求9所述的低压降稳压器，其特征在于：所述零点发生器由至少一个电阻和一个MOS管组成。

13.根据权利要求12所述的低压降稳压器，其特征在于：所述电阻是可调的。

14.根据权利要求9所述的低压降稳压器，其特征在于：所述低压降稳压器还包括一个阻尼因子调整电路。

15.根据权利要求14所述的低压降稳压器，其特征在于：所述阻尼因子调整电路包括一个电容。

16.根据权利要求14所述的低压降稳压器，其特征在于：所述阻尼因子调整电路包括一个MOS管。

17.一种增大低压降稳压器补偿的方法，所述方法包括步骤：

接收一个参考电压；

接收一个反映当前输出电压的反馈电压；

计算所述参考电压和所述反馈电压的差值并放大；

对所述放大的差值进行处理，驱动和控制驱动电路；

产生一个输出电压；

利用米勒效应进行补偿；

其特征在于：所述放大补偿的方法还包括步骤：

在低压降稳压器中产生一个内部零点。

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