CN204576328U - 一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，包括误差放大器、MOS管、电流源、反馈单元、电阻、电容、补偿网络单元，所述补偿网络单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容。本实用新型提供的一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，在系统正常工作时，整个网络可以在很大的一个频段内对线性稳压器系统进行补偿，同时不会额外增加系统功耗，使系统在低静态电流的环境下保持稳定工作。

Description

一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器

技术领域

本实用新型涉及一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，属于电源管理芯片系统技术领域。

背景技术

随着便携式电子产品的飞速发展，电源管理芯片系统在移动电子产品中扮演越来越重要的角色。在各种电源管理芯片系统中，低压差线性稳压器以其电路结构简单、占用芯片面积小、高电源抑制比以及低噪声等优点，牢牢占据着电源管理市场很大的份额，大多数系统都会在其内部集成一个乃至多个线性稳压器来为各个模块供电。随着电子产品功能的日益复杂与多样化，消费市场对其性能的要求也在不断提高。

但是目前市场上线性稳压器的静态功耗比较大，电源效率较低，无法满足便携式电子产品的续航要求。在低功耗线性稳压器领域中，补偿模块是保证整个系统稳定工作的必不可少的部分。在现有的低功耗线性稳压器中，补偿模块或者会增加系统很大一部分功耗——如采用缓冲器作为补偿的线性稳压器，或者只能在某一个频率点保证系统稳定，这也增加了低功耗线性稳压器的设计复杂性。

实用新型内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，包括误差放大器、MOS管、电流源、反馈单元、电阻、电容、补偿网络单元，所述补偿网络单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻相并联，所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容相串联，第一电阻连接在第一电容、第二电容之间，第二电阻连接在第二电容、第三电容之间，第三电阻连接在第三电容、第四电容之间；所述MOS管包括：第一MOS管、第二MOS管，所述电流源包括第一电流源、第二电流源，所述第一MOS管、第二MOS管的栅极相连接，所述误差放大器负输入端与基准电压端相连接，误差放大器正输入端与反馈单元相连接，误差放大器输出端与第一MOS管栅极相连接，所述第一MOS管、第二MOS管的源极均与电压输入端相连接，所述第一MOS管源极与电压输入端之间串联有第一电流源，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容的一端与电压输入端相连接，第四电容一端连接在第一电流源与第一MOS管源极之间；所述第一MOS管漏极通过第二电流源接地，所述反馈单元连接在第二MOS管漏极与接地之间，所述第二MOS管漏极设置有电压输出端，第二MOS管源极与栅极之间通过电容短接，第二MOS管漏极与栅极之间通过电容短接，所这电压输出端与接地之间并联有电阻，电压输出端与接地之间并联有电阻与电容的串联电路。

作为优选方案，所述反馈单元包括第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第四电阻、第五电阻串联在第二MOS管漏极与接地之间，第六电阻一端与误差放大器正输入端相连接，第六电阻另一端与第四电阻、第五电阻之间相连接。

有益效果：本实用新型提供的一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，在系统正常工作时，整个网络可以在很大的一个频段内对线性稳压器系统进行补偿，同时不会额外增加系统功耗，使系统在低静态电流的环境下保持稳定工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为补偿网络单元电导图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，包括误差放大器1、MOS管2、电流源3、反馈单元4、电阻5、电容6、补偿网络单元7，所述补偿网络单元7包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3相并联，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4相串联，第一电阻R1连接在第一电容C1、第二电容C2之间，第二电阻R2连接在第二电容C2、第三电容C3之间，第三电阻R3连接在第三电容C3、第四电容C4之间；所述MOS管2包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2，所述电流源3包括第一电流源I1、第二电流源I2，所述第一MOS管M1、第二MOS管M2的栅极相连接，所述误差放大器1负输入端与基准电压端Vref相连接，误差放大器1正输入端与反馈单元4相连接，误差放大器1输出端与第一MOS管M1栅极相连接，所述第一MOS管M1、第二MOS管M2的源极均与电压输入端Vin相连接，所述第一MOS管M1源极与电压输入端Vin之间串联有第一电流源I1，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1的一端与电压输入端Vin相连接，第四电容C4一端连接在第一电流源I1与第一MOS管M1源极之间；所述第一MOS管M1漏极通过第二电流源I2接地，所述反馈单元4连接在第二MOS管M2漏极与接地之间，所述第二MOS管M2漏极设置有电压输出端Vout，第二MOS管M2源极与栅极之间通过电容6短接，第二MOS管M2漏极与栅极之间通过电容6短接，所述电压输出端Vout与接地之间并联有电阻5，电压输出端Vout与接地之间并联有电阻5与电容6的串联电路。

所述反馈单元4包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第四电阻R4、第五电阻R5串联在第二MOS管M2漏极与接地之间，第六电阻R6一端与误差放大器1正输入端相连接，第六电阻R6另一端与第四电阻R4、第五电阻R5之间相连接。

本实用新型提供一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，包括为将基准电压与输出反馈电压的差值放大以调整系统工作状态的误差放大器、跟踪系统次极点的变化以保证系统稳定工作的补偿网络单元，保证大电流通过的MOS管、反馈单元以及外围的一些电阻电容电路。

如图1所示，影响整个线性稳压器系统稳定性的两个极点，一个位于第二MOS管M2的栅极，它的大小由M2栅极的电容与误差放大器的输出电阻决定；另一个位于线性稳压器的输出端，它的值由输出端负载电容6和电阻5决定。根据线性稳压器系统的应用情况不同，其等效的负载也不同，可以是一个无源的电阻，也可以是一个有效的电流源，其输出端的极点位置也在随之变化，这就给内部零点补偿带来困难。本实用新型采用一种适合于低功耗线性稳压器的频率补偿方式，为其增加了一个并联的信号支路，在电路内部提供一个零点来补偿输出端的极点，且该零点可以跟踪极点的频率，而不受负载电流和输出电容的变化而影响。该并联信号支路由一个与第二MOS管M2并联的第一MOS管M1和一个反馈电阻R6组成，其中M1是一个宽长比与M2成很小比例的PMOS管，它的作用是将M2的栅极电压转换成电流，然后该电流会注入到由R4、R5和R6组成的反馈单元4中，这样就在线性稳压器的反馈环路中引入了一个零点，且这个零点会跟踪输出端极点的变化，在较宽的输出电容范围内进行有效的频率补偿。

这种补偿方式可以解决交流补偿问题，但在直流方面还存在问题。并联支路通过第一MOS管M1管会将直流电流注入到反馈单元4中，并且这个电流会随着负载的变化而变化，因此会造成输出电压失调，并且对负载调整率会有较大的影响。为解决这个问题，在第一MOS管M1源漏端分别加入两个电流源，这样通过第一MOS管M1的电流大小不会随负载的变化而变化，同时也几乎不会有电流流入反馈单元4而造成输出电压失调。对整个系统作小信号分析可知，由于电流源的高阻特性，需要在第一MOS管M1源极接一个较大的电容以保证交流信号从其栅极转换到漏极，这可以等效为一个高通滤波器。若当这个电容较小时，截止频率位于零点的右侧，会造成一个增益凹陷，导致系统不稳定。因此需要这个电容值比较大，但是在芯片内部无法集成这样一个大电容。增益凹陷来自于两个信号，一个是第二MOS管M2的漏极信号，另一个是第一MOS管M1的漏极信号，这两个信号在电路反馈单元处互相抵消。为解决上述问题，本实用新型提供了一种补偿网络单元7的方法来代替这个大电容，避免了在芯片内部无法集成大电容的问题，同时解决了增益凹陷，保证系统稳定。

补偿网络单元7中包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，电阻为并联关系，电容为串联关系，其中电阻值R3=2R2=4R1，电容值C4=2C3=4C2=8C1。图2给出了每个元件在对数坐标下的电导图，斜线为电容的电导线，直线为电阻的电导线，它们分别为平行且等间距，电容与电阻的曲线相交。在高频情况下，第一电容C1的电导值在串联电容中起主导作用，随着频率降低，这个值不断降低，直到遇到第一电阻R1的电导曲线，即第一电容C1的电导值等于1/R1。当频率继续降低时，电阻R1的电导值起主导作用且不随频率变化，直到遇到电容C2的电导曲线。以此类推可以得到该网络的频率响应曲线，可以看出该曲线是在电容电导与电阻电导之间变换的分段线性曲线，频率范围为1/R1C1到1/(16R1C1)。该网络频率响应可以近似为一个s^1/2的分频响应网络。这样采用多个小电容来代替一个大电容，使得工艺制造上可以实现，同时解决了增益凹陷的问题，保证线性稳压器系统稳定工作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，包括误差放大器、MOS管、电流源、反馈单元、电阻、电容，其特征在于：还包括补偿网络单元，所述补偿网络单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻相并联，所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容相串联，第一电阻连接在第一电容、第二电容之间，第二电阻连接在第二电容、第三电容之间，第三电阻连接在第三电容、第四电容之间；所述MOS管包括：第一MOS管、第二MOS管，所述电流源包括第一电流源、第二电流源，所述第一MOS管、第二MOS管的栅极相连接，所述误差放大器负输入端与基准电压端相连接，误差放大器正输入端与反馈单元相连接，误差放大器输出端与第一MOS管栅极相连接，所述第一MOS管、第二MOS管的源极均与电压输入端相连接，所述第一MOS管源极与电压输入端之间串联有第一电流源，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容的一端与电压输入端相连接，第四电容一端连接在第一电流源与第一MOS管源极之间；所述第一MOS管漏极通过第二电流源接地，所述反馈单元连接在第二MOS管漏极与接地之间，所述第二MOS管漏极设置有电压输出端，第二MOS管源极与栅极之间通过电容短接，第二MOS管漏极与栅极之间通过电容短接，所这电压输出端与接地之间并联有电阻，电压输出端与接地之间并联有电阻与电容的串联电路。

2.根据权利要求1所述的一种采用新型补偿网络的低功耗线性稳压器，其特征在于：所述反馈单元包括第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第四电阻、第五电阻串联在第二MOS管漏极与接地之间，第六电阻一端与误差放大器正输入端相连接，第六电阻另一端与第四电阻、第五电阻之间相连接。