CN201616035U - 一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，所述线性稳压器包括误差放大器模块、功率管、分压电阻，所述线性稳压器还包括频率补偿模块；其中，所述频率补偿模块包括第一电容和可变电阻；所述第一电容一端接所述误差放大器模块的第一级输出端，其另一端通过可变电阻接地；所述误差放大器模块的第二级输出端接所述功率管的栅极，其正输入端接所述分压电阻的分压端；所述分压电阻接在所述功率管的漏极与地之间。采用本实用新型的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，能够在不同负载条件下进行不同程度的频率补偿，增强线性稳压器的稳定性。

Description

一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器

技术领域

本实用新型涉及线性电源领域，特别是涉及一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器(LDO：Low Drop-out)是通过反馈实现稳定的电压输出的一种线性电源产品。对于低压差LDO，实现频率补偿是其设计中的难点。

密勒补偿是一种常用的补偿结构。但是，由于受负载变化范围和芯片面积的制约，密勒补偿的作用仍很有限。增强型密勒补偿是近年来提出的一种新的补偿方法，其大大提高了相同面积电容的补偿作用。但是随之而来的共振峰又给线性稳压器带来了困扰。

参照图1，为传统的增强型密勒补偿线性稳压器的电路结构图。

所述密勒补偿LDO包括：误差放大器模块100a、缓冲器模块200a、功率管300a、分压电阻400a。误差放大器模块100a通过缓冲器模块200a控制功率管300a。当LDO的输出Vout发生变化时，通过分压电阻400a将变化的电压信号反馈至误差放大器模块100a，使LDO的输出电压稳定。

其工作原理是通过电流放大和电压放大的共同作用，增加了电路的等效电容，加速了极点分离，提高相位裕度。

但是图1所示电路结构的弊端在于其增益-频率曲线容易出现共振峰，参见图2所示，甚至会出现右半平面极点，使电路出现振荡。

图3所示，为现有技术的带阻尼因子调制的增强型密勒补偿线性稳压器的电路结构图。与图1所示LDO相比，图3增加了补偿单元500a。该补偿单元500a由电容Cc1和电阻Rz1组成，同时在误差放大器模块100a中增加电容Cc3，由此形成阻尼因子调制作用，将右半平面极点移动至左半平面，同时抑制共振峰的出现。电阻Rz1和电容Cc3提供了一个零点，在LDO驱动一个小电流负载时，可以抵消一部分次极点的影响，提高了相位裕度。

当对于某一固定负载的LDO而言，图3所示电路结构可以将LDO的右半平面极点移动至左半平面，同时具有较好的相位裕度。但是，对于一个LDO而言，其所需要驱动的负载并不是固定的，且要求从空载到满载的范围内都要有稳定的输出。此时，图3所示结构在负载大范围变化时就显得捉襟见肘。

在轻载时，图3所示电路结构需要一个较大的电阻Rz1来实现一个较低频零点；当负载发生变化时，其抑制共振峰所需的阻尼因子又要求电阻Rz1随负载的变大而变小。参见图4，为图3所示LDO在不同负载条件下的波特图。可见，在满足了轻载时的相位裕度之后，电阻Rz1和电容Cc1产生的阻尼因子太小了，以至于重载时共振峰又会出现。在相位曲线降到0度后，其增益曲线又回到了0dB的上方，此时，LDO将会出现振荡。

因此，如何对现有的密勒补偿型线性稳压器进行改进，使其满足不同负载条件下的补偿要求，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，能够在不同负载条件下进行不同程度的频率补偿，增强线性稳压器的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，所述线性稳压器包括误差放大器模块、功率管、分压电阻，所述线性稳压器还包括频率补偿模块；其中，

所述频率补偿模块包括第一电容和可变电阻；所述第一电容一端接所述误差放大器模块的第一级输出端，其另一端通过可变电阻接地；

所述误差放大器模块的第二级输出端接所述功率管的栅极，其正输入端接所述分压电阻的分压端；所述分压电阻接在所述功率管的漏极与地之间。

优选地，述可变电阻取值为：

$R_X=\left\{\begin{array}{cc}{R}_{\min }& (I_{\mathrm{load}}<I_{\min })\\ k\&times;I_{\mathrm{load}}& (I_{l\min }<I_{\mathrm{load}}<I_{\max })\\ R_{\max }& (I_{\max }<I_{\mathrm{load}})\end{array}\right.$

其中，I_load表示流过功率管的实际电流值；I_min和I_max分别为流过功率管电流值的最小值和最大值；R_min和R_max分别为可变电阻的最小值和最大值；k为比例常数。

优选地，所述频率补偿模块包括：第二电容、第三电阻、第四电阻、第九MOS管、第十MOS管、以及第十一MOS管；其中，

所述第二电容的一端接所述误差放大器模块的第一级输出端；所述第二电容的另一端接第三电阻；所述第三电阻的另一端接所述第四电阻和所述第十一MOS管的源极；所述第四电阻的另一端和所述第十一MOS管的漏极共同接地；所述第十一MOS管的栅极接所述第十MOS管的栅极；所述第十MOS管的漏极接地，其源极与其栅极短接，并一同接所述第九MOS管的漏极；所述第九MOS管的栅极接所述误差放大器模块的第二级输出端；所述第九MOS管的源极接电路电源。

优选地，误差放大器模块包括第一级放大单元和第二级放大单元。

优选地，所述第一级放大单元包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、以及第四MOS管；其中，

所述第一MOS管的栅极为所述误差放大器模块的输入端；所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极一同接电路电源；所述第一MOS管的漏极接所述第三MOS管的源极；所述第二MOS管的漏极接所述第四MOS管的源极；所述第三MOS管的栅极与源极、以及第四MOS管的栅极短接，并一同连接到所述线性稳压器的输出端；所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极一同接地；所述第二MOS管的栅极为所述误差放大器模块的正输入端；所述第二MOS管的漏极与所述第四MOS管的源极的公共端为所述线性稳压器的第一级输出端。

优选地，所述第二级放大单元包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、以及第八MOS管；其中，

所述第五MOS管的源极和所述第六MOS管的源极一同接电路电源；所述第五MOS管的栅极和漏极、以及所述第六MOS管的栅极相连；所述第五MOS管的漏极接所述第七MOS管的源极；所述第七MOS管的栅极接所述线性稳压器的输出端；所述第七MOS管的漏极与所述第八MOS管的漏极一同接地；所述第八MOS管的栅极接所述线性稳压器的第一级输出端；所述第八MOS管的源极接所述第六MOS管漏极；所述所述第八MOS管的源极与所述第六MOS管漏极的公共端为所述线性稳压器的第二级输出端。

优选地，所述分压电阻包括第一电阻和第二电阻；其中，

所述第一电阻接所述功率管的漏极；所述第一电阻的另一端经所述第二电阻接地；所述第一电阻和所述第二电阻的公共端为所述分压电阻的分压端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，所述线性稳压器包括误差放大器模块、功率管、分压电阻，所述线性稳压器还包括频率补偿模块；所述频率补偿模块包括第一电容和可变电阻。

传统技术中，采用电容与固定电阻的组合作为补偿单元，对LDO进行频率补偿，但是这种补偿结构不同满足LDO不同负载条件下的补偿要求。本实用新型所述线性稳压器的频率补偿模块中，采用可变电阻代替传统的固定电阻，能够在不同负载条件下对LDO进行不同程度的频率补偿，增强线性稳压器的稳定性。

附图说明

图1为传统的增强型密勒补偿线性稳压器的电路结构图；

图2为图1所示增强型密勒补偿线性稳压器的波特图；

图3为现有技术的带阻尼因子调制的增强型密勒补偿线性稳压器的电路结构图；

图4为图3所示增强型密勒补偿线性稳压器的波特图；

图5为本实用新型第一实施例的增强型密勒补偿低压差线性稳压器电路结构图；

图6为本实用新型第二实施例的增强型密勒补偿低压差线性稳压器电路结构图；

图7为图6所示增强型密勒补偿低压差线性稳压器波特图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，能够在不同负载条件下进行不同程度的频率补偿，增强线性稳压器的稳定性。

参照图5，为本实用新型第一实施例的增强型密勒补偿低压差线性稳压器电路结构图。

本实用新型所述线性稳压器为带阻尼因子动态调制的增强型密勒补偿结构线性稳压器。

所述线性稳压器包括：误差放大器模块10、功率管20、分压电阻30、以及频率补偿模块40。

所述误差放大器模块10包括第一级放大单元110和第二级放大单元120。设定，所述第一级放大单元110的输出端为所述误差放大器模块10的第一级输出端；所述第二级放大单元120的输出端为所述误差放大器模块10的第二级输出端。

所述误差放大器模块10的第二级输出端接所述功率管20的栅极，其正输入端接所述分压电阻30的分压端；所述分压电阻30接在所述功率管20的漏极与地之间；所述频率补偿模块40接在所述误差放大器10的第一级输出端与地之间。

所述误差放大器模块10控制功率管20，当LDO的输出Vout发生变化时，通过分压电阻30的分压端将变化的电压反馈回误差放大器模块10，进而控制功率管20。

参见图5，所述第一级放大单元110包括：第一MOS管Mm1、第二MOS管Mm2、第三MOS管Mm3、以及第四MOS管Mm4。

所述第一MOS管Mm1的栅极为所述误差放大器模块10的输入端；所述第一MOS管Mm1的源极和所述第二MOS管Mm2的源极一同接电路电源；所述第一MOS管Mm1的漏极接所述第三MOS管Mm3的源极；所述第二MOS管Mm2的漏极接所述第四MOS管Mm4的源极；所述第三MOS管Mm3的栅极与源极、以及第四MOS管Mm4的栅极短接，并一同连接到所述线性稳压器的输出端Vout；所述第三MOS管Mm3的漏极和第四MOS管Mm4的漏极一同接地；所述第二MOS管Mm2的栅极为所述误差放大器模块10的正输入端；所述第二MOS管Mm2的漏极与所述第四MOS管Mm4的源极的公共端即为所述线性稳压器的第一级输出端。

所述第二级放大单元120包括：第五MOS管Mm5、第六MOS管Mm6、第七MOS管Mm7、以及第八MOS管Mm8。

所述第五MOS管Mm5的源极和所述第六MOS管Mm6的源极一同接电路电源；所述第五MOS管Mm5的栅极和漏极、以及所述第六MOS管Mm6的栅极相连；所述第五MOS管Mm5的漏极接所述第七MOS管Mm7的源极；所述第七MOS管Mm7的栅极接所述线性稳压器的输出端Vout；所述第七MOS管Mm7的漏极与所述第八MOS管Mm8的漏极一同接地；所述第八MOS管Mm8的栅极接所述线性稳压器的第一级输出端；所述第八MOS管Mm8的源极接所述第六MOS管Mm6漏极；所述所述第八MOS管Mm8的源极与所述第六MOS管Mm6漏极的公共端为所述线性稳压器的第二级输出端。

所述分压电阻30包括第一电阻R1和第二电阻R2。所述第一电阻R1接所述功率管20的漏极；所述第一电阻R1的另一端经所述第二电阻R2接地；所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的公共端为所述分压电阻30的分压端。

如图5所示，所述频率补偿模块40包括第一电容C1和可变电阻Rx。所述第一电容C1一端接所述误差放大器模块10的第一级输出端，其另一端通过可变电阻Rx接地。

所述Rx的取值与流过所述功率管20上的电流值有关。

设定：I_load表示流过功率管20的实际电流值；I_min和I_max分别为流过所述功率管20电流值的最小值和最大值。

则，所述可变电阻Rx取值变化可表示为：

$R_X=\left\{\begin{array}{cc}{R}_{\min }& (I_{\mathrm{load}}<I_{\min })\\ k\&times;I_{\mathrm{load}}& (I_{l\min }<I_{\mathrm{load}}<I_{\max })\\ R_{\max }& (I_{\max }<I_{\mathrm{load}})\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，I_load表示功率管的实际电流值；R_min和R_max分别为可变电阻的最小值和最大值；k为比例常数。

传统技术中，采用电容与固定电阻的组合作为补偿单元，对LDO进行频率补偿，但是这种补偿结构不同满足LDO不同负载条件下的补偿要求。本实用新型所述线性稳压器的频率补偿模块4中，采用可变电阻代替传统的固定电阻，能够在不同负载条件下对LDO进行不同程度的频率补偿，增强线性稳压器的稳定性。

在实际应用中，本实用新型实施例一中所述的可变电阻Rx具有多种实现方式，实施例二给出其中一种具体实现形式。

参照图6，为本实用新型第二实施例的增强型密勒补偿低压差线性稳压器电路结构图。

如图6所示，所述频率补偿模块40包括：第二电容C2、第三电阻Rc3、第四电阻Rc4、第九MOS管Mm9、第十MOS管Mm10、以及第十一MOS管Mm11。

所述第二电容C2的一端接所述误差放大器模块10的第一级输出端；所述第二电容C2的另一端接第三电阻Rc3；所述第三电阻Rc3的另一端接所述第四电阻Rc4和所述第十一MOS管Mm11的源极；所述第四电阻Rc4的另一端和所述第十一MOS管Mm11的漏极共同接地；所述第十一MOS管Mm11的栅极接所述第十MOS管Mm10的栅极；所述第十MOS管Mm10的漏极接地，其源极与其栅极短接，并一同接所述第九MOS管Mm9的漏极；所述第九MOS管Mm9的栅极接所述误差放大器模块10的第二级输出端；所述第九MOS管Mm9的源极接电路电源。

图6所示电路中，采用第三电阻Rc3、第四电阻Rc4、以及由第九MOS管Mm9、第十MOS管Mm10、以及第十一MOS管Mm11组成的镜像网络作为实施例一中所述的可变电阻Rx。

在此结构中，与第二电容C2串联的等效电阻Rz1′为：

Rz1′＝Rc1+Rc2//Rds3                           (2)

式中：Rds3即为第十一MOS管Mm11的等效电阻，其值与所述第十一MOS管Mm3的栅压成反比。

由于所述第十MOS管Mm10和第十一MOS管Mm11的栅压与流过线性稳压器的功率管20的电流I_load有关，因此可以将等效电阻Rz1′看成一个跟随负载电流的可变电阻，且该电阻变化的最大值和最小值受限于第三电阻Rc3和第四电阻Rc4的取值。

实施例二所述电路结构中，第二电容C2和所述等效电阻Rz1′串联形成的零点为：

$Z1=\frac{1}{{\mathrm{Rz}1}^{\&prime;}\&times;C2}---\left(3\right)$

参见图7，为本实用新型的线性稳压器的波特图。如图7所示，从幅频特性和相频特性来看，本实用新型所述线性稳压器在不同负载下的差异性要远远好于图3所示的线性稳压器结构(见图4波特图所示)。由于图3所示的线性稳压器结构产生的零点不能跟随极点的变化，因此在不同负载下其波特图的形状有较大的差异。

而对于本发明的结构，当LDO轻载时，所述零点Z1靠近低频位置，补偿相位裕度；当LDO的负载发生变化时，所述零点Z1随负载的变大而变小，同时等效电阻Rz1′产生的阻尼因子始终满足抑制共振峰所需的阻尼因子的要求；当LDO重载时，不需要零点补偿，零点Z1移动到高频，同时又满足了抑制共振峰的阻尼因子的要求；从而使本实用新型所述线性稳压器在整个负载范围内都能保持稳定。

本实用新型所述带阻尼因子动态调制的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，体现了增强型密勒补偿结构的优势，又克服了现有技术中增强型密勒补偿结构的不足，消除了共振峰现象，解决了困扰LDO空载和重载补偿时的折中问题，使LDO能够在不同负载条件下进行不同程度的频率补偿，实现了LDO在全负载范围内的稳定性。

本实用新型实施例所述线性稳压器的频率补偿模块是基于MOS管的等效电阻的变化实现的。但本实用新型的范围不应局限于此。在实际应用中，所述频率补偿模块的具体实现形式有很多种，例如MOS管电容的变化、BJT或其他器件随负载的变化等，即频率补偿模块中任意一个或多个器件动态变化，导致系统的频率特性随外界条件产生有利方向的变化，都应属于本实用新型的范围之内。

以上对本实用新型所提供的一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种增强型密勒补偿低压差线性稳压器，所述线性稳压器包括误差放大器模块、功率管、分压电阻，其特征在于，所述线性稳压器还包括频率补偿模块；其中，

所述频率补偿模块包括第一电容和可变电阻；所述第一电容一端接所述误差放大器模块的第一级输出端，其另一端通过可变电阻接地；

所述误差放大器模块的第二级输出端接所述功率管的栅极，其正输入端接所述分压电阻的分压端；所述分压电阻接在所述功率管的漏极与地之间。

2.根据权利要求1所述的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，其特征在于，所述可变电阻取值为：

$R_X=\left\{\begin{array}{cc}{R}_{\min }& (I_{\mathrm{load}}<I_{\min })\\ k\&times;I_{\mathrm{load}}& (I_{l\min }<I_{\mathrm{load}}<I_{\max })\\ R_{\max }& (I_{\max }<I_{\mathrm{load}})\end{array}\right.$

其中，I_load表示流过功率管的实际电流值；I_min和I_max分别为流过功率管电流值的最小值和最大值；R_min和R_max分别为可变电阻的最小值和最大值；k为比例常数。

3.根据权利要求1所述的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，其特征在于，所述频率补偿模块包括：第二电容、第三电阻、第四电阻、第九MOS管、第十MOS管、以及第十一MOS管；其中，

所述第二电容的一端接所述误差放大器模块的第一级输出端；所述第二电容的另一端接第三电阻；所述第三电阻的另一端接所述第四电阻和所述第十一MOS管的源极；所述第四电阻的另一端和所述第十一MOS管的漏极共同接地；所述第十一MOS管的栅极接所述第十MOS管的栅极；所述第十MOS管的漏极接地，其源极与其栅极短接，并一同接所述第九MOS管的漏极；所述第九MOS管的栅极接所述误差放大器模块的第二级输出端；所述第九MOS管的源极接电路电源。

4.根据权利要求1所述的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器模块包括第一级放大单元和第二级放大单元。

5.根据权利要求4所述的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，其特征在于，所述第一级放大单元包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、以及第四MOS管；其中，

所述第一MOS管的栅极为所述误差放大器模块的输入端；所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极一同接电路电源；所述第一MOS管的漏极接所述第三MOS管的源极；所述第二MOS管的漏极接所述第四MOS管的源极；所述第三MOS管的栅极与源极、以及第四MOS管的栅极短接，并一同连接到所述线性稳压器的输出端；所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极一同接地；所述第二MOS管的栅极为所述误差放大器模块的正输入端；所述第二MOS管的漏极与所述第四MOS管的源极的公共端为所述线性稳压器的第一级输出端。

6.根据权利要求4所述的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，其特征在于，所述第二级放大单元包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、以及第八MOS管；其中，

所述第五MOS管的源极和所述第六MOS管的源极一同接电路电源；所述第五MOS管的栅极和漏极、以及所述第六MOS管的栅极相连；所述第五MOS管的漏极接所述第七MOS管的源极；所述第七MOS管的栅极接所述线性稳压器的输出端；所述第七MOS管的漏极与所述第八MOS管的漏极一同接地；所述第八MOS管的栅极接所述线性稳压器的第一级输出端；所述第八MOS管的源极接所述第六MOS管漏极；所述所述第八MOS管的源极与所述第六MOS管漏极的公共端为所述线性稳压器的第二级输出端。

7.根据权利要求1所述的增强型密勒补偿低压差线性稳压器，其特征在于，所述分压电阻包括第一电阻和第二电阻；其中，

所述第一电阻接所述功率管的漏极；所述第一电阻的另一端经所述第二电阻接地；所述第一电阻和所述第二电阻的公共端为所述分压电阻的分压端。

Images