CN206235910U - 一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及到一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，包括：放大级、缓冲级、补偿网络和输出级。所述放大级为单级放大电路，给整个环路提供一定的增益，减少增益误差；所述缓冲级用于将所述放大级的高输出阻抗和所述输出级的输出极功率管的栅极隔离，且其输出阻抗非常低，使其形成一个高频极点，利于环路稳定；所述补偿网络一端与所述放大级输出连接，一端与所述输出极的输出端连接；所述输出级，连接一个分压电阻串，电阻分压反馈给放大级的负输入端形成负反馈，输出稳定的电压，同时提供负载需要的驱动电流。本专利可在较宽的负载电容范围都能保持稳定电压输出，且对负载电容的等效串联电阻不敏感，同时还具有较低的负载调整率。
Description
技术领域
本实用新型属于模拟集成电路设计领域，具体涉及到一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器。
背景技术
随着消费类电子技术日新月异的发展，对成本、功耗、面积的要求越来越高。低压差线性稳压器(LDO)能提供稳定的低纹波电压而运用到各种集成电路系统中。目前LDO从应用上主要有无负载电容的LDO和带负载电容的LDO，无负载电容的LDO负载调整率通常较大，带负载电容的LDO对负载电容的大小和等效串联电阻ESR有非常明确的要求，通常适应的范围非常小，在应用的过程中会受到很多限制。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，包括：放大级、缓冲级、补偿网络和输出级。
进一步地，所述放大级为单级放大电路，给整个环路提供一定的增益，减少增益误差。所述放大级由单级运算放大器组成，所述放大级具有正输入端、负输入端和输出端。
进一步地，所述缓冲级用于将所述放大级的高输出阻抗和所述输出级的输出极功率管M5的栅极隔离，且其输出阻抗非常低，使其形成一个高频极点，利于环路稳定。
所述缓冲级由电流源IS1、IS2，晶体管M0、M1、M2、M3、M4组成。所述M0、M1、M2为NMOS管，所述M3、M4为PMOS管；所述M4镜像所述输出极功率管M5；电流源IS2>IS1，电流源IS1流进M0；电流源IS2的一部分电流流进M3，一部分电流流进M2；所述M0和M1为1:1的镜像管，M0和M1的源极接系统地VSS；M2的栅极和M1的漏极相连，M2的漏极和M4的栅极连接，M2的源极接系统地；M3的栅极为所述缓冲级的输入端，M3的源极与电流源IS2相连，M3的漏极与M1的漏极、M2的栅极相连，M3的源极为所述缓冲级的输出端；M4的栅、漏极连接到M3的源极，M4的源极接外接电源VDD。
进一步地，所述补偿网络一端与所述放大级输出连接，一端与所述输出极的输出端连接。所述补偿网络由电阻R1和电压C1构成，R1和C1串联组成环路补偿网络。
进一步地，所述输出级，连接一个分压电阻串，电阻分压反馈给放大级的负输入端形成负反馈，输出稳定的电压，同时提供负载需要的驱动电流。所述输出级由PMOS管M5、电容C2、分压电阻R2和R3构成。
所述M5为所述输出级的输出极功率管，具有很强的电流驱动能力；M5的漏极接分压电阻R2和R3；所述分压电阻R2和R3串联形成分压电阻串，所述分压电阻串用于将所述输出级的电阻分压连接到放大级的负输入端形成负反馈环路；所述电容C2跨接在M5的栅极和漏极之间，用于控制输出电压Vout随负载变化保持较为稳定的状态，实现较低的负载调整率。
本实用新型涉及到一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器(LDO)，其可在较宽的负载电容范围都能保持稳定电压输出，且对负载电容的等效串联电阻(ESR)不敏感，同时还具有较低的负载调整率。
附图说明
图1为本专利实施例的宽范围负载电容的低压差线性稳压器电路。
具体实施方式
下面结合附图来说明本实用新型的优选实施例，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提供了一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其能够适应的负载变化范围较大，同时还具有较低的负载调整率。
如图1所示，本实用新型提供的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，包括放大级100、缓冲级200、补偿网络300和输出级400。
所述放大级100为单级放大电路，给整个环路提供一定的增益，减少增益误差；所述放大级100由单级运算放大器组成，所述放大级100具有正输入端、负输入端和输出端。所述放大级100的正输入端接参考电压Vref，负输入端接所述输出级400的电阻分压形成的负反馈环路；输出端接所述缓冲级200和所述补偿网络300。
所述缓冲级200用于将所述放大级100的高输出阻抗和所述输出级400的输出极功率管M5的栅极隔离，且其输出阻抗非常低，使其形成一个高频极点，利于环路稳定；
所述缓冲级200由电流源IS1、IS2，晶体管M0、M1、M2、M3、M4组成。所述M0、M1、M2为NMOS管，所述M3、M4为PMOS管；所述M4镜像所述输出极功率管M5。电流源IS2>IS1，电流源IS1流进M0；电流源IS2的一部分电流流过M3，一部分电流流进M2。所述M0和M1为1:1的镜像管，M0和M1的源极接系统地VSS。M2的栅极和M1的漏极相连，M2的漏极和M4的栅极连接，M2的源极接系统地。M3的栅极为所述缓冲级200的输入端，M3的源极与电流源IS2相连，M3的漏极与M1的漏极、M2的栅极相连，M3的源极为所述缓冲级200的输出端。M4的栅、漏极连接到M3的源极，M4的源极接外接电源VDD。
所述缓冲级200的输出阻抗为RO≈1/(gm2*gm3*ro1)，其中gm2、gm3分别是M2、M3的跨导，ro1是M1的小信号输出阻抗，比普通的源跟随器输出阻抗大大降低，使功率管M5栅极处形成的极点始终处于高频，利于环路稳定。
所述补偿网络一端与所述放大级100输出连接，一端与所述输出极400的输出端连接。所述补偿网络300由电阻R1和电压C1构成，R1和C1串联组成环路补偿网络。
所述输出级400，连接一个分压电阻串，电阻分压反馈给放大级100的负输入端形成负反馈，输出稳定的电压，同时提供负载需要的驱动电流。
所述输出级400由PMOS管M5，电容C2、分压电阻R2和R3构成。所述输出级400的输出端接负载阻抗RL、负载电容CL。所述M5为所述输出级的输出极功率管，具有很强的电流驱动能力；M5的栅极和M4的栅极连接；M5的漏级接分压电阻R2和R3，所述分压电阻R2和R3串联形成分压电阻串，所述分压电阻串用于将所述输出级400的电阻分压连接到放大级100的负输入端形成负反馈环路；所述电容C2跨接在M5的栅极和漏极之间，用于控制输出电压Vout随负载变化保持较为稳定的状态，实现较低的负载调整率。
所述M4镜像功率管M5，当M5中的电流增大时，M4中的电流也增大，从而使M2的跨导gm2增大，进一步降低缓冲级200的输出阻抗RO。
所述缓冲级200的增益Av1的计算公式为：
其中，gm2、gm3分别是晶体管M2、M3的跨导，ro2、ro3分别是晶体管M2、M3的小信号输出阻抗，因为gm2*ro2＞＞1,则Av1≈1，所以所述缓冲级200对环路增益影响很小。
所述电容C2控制输出电压Vout随负载变化而保持较为稳定的状态，实现较低的负载调整率。当Vout突然降低时，即与Vout连接的C2一极突然降低，此信号相当于一个高频信号，传递到C2的另一极，使M5的栅极也突然降低，从而使Vout瞬间抬高；同理，当Vout突然升高时，即与Vout连接的C2一极突然升高，传递到C2的另一极，使M5的栅极也突然升高，从而使Vout瞬间降低，从而使Vout电压可以随着负载变化而保持较为稳定的状态，实现较低的负载调整率。
所述补偿网络300形成的一个零点一个极点所述Ropa为放大级的输出阻抗；负载处形成的极点为当负载阻抗RL较大时，P1、P2都是频率较低的极点，此时通过功率管的电流较小，则M5的跨导gm5较小，零点Z1将从右半平面移到左半平面，与极点P1、P2其中一个形成抵消作用，从而使系统相当于单极点系统而保持稳定；当负载阻抗RL较小时，极点P2将移到高频处，功率管M5中的电流变大，从而使gm5较大，使Z1往高频处移动，起不到补偿极点的作用，此时系统又相当于一个单极点系统，处于稳定状态。
本实用新型实施例的详细描述和附图只是用于说明本实用新型，而不是限制由权利要求和其等价物定义的本实用新型的范围。
Claims (7)
1.一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，包括：放大级、缓冲级、补偿网络和输出级；
所述放大级为单级放大电路，给整个环路提供一定的增益，减少增益误差；
所述缓冲级用于将所述放大级的高输出阻抗和所述输出级的输出极功率管M5的栅极隔离，且其输出阻抗非常低，使其形成一个高频极点，利于环路稳定；
所述补偿网络一端与所述放大级输出连接，一端与所述输出极的输出端连接；
所述输出级，连接一个分压电阻串，电阻分压反馈给放大级的负输入端形成负反馈，输出稳定的电压，同时提供负载需要的驱动电流。
2.如权利要求1所述的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述放大级由单级运算放大器组成，所述放大级具有正输入端、负输入端和输出端。
3.如权利要求1所述的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述缓冲级由电流源IS1、IS2，晶体管M0、M1、M2、M3、M4组成。
4.如权利要求3所述的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述M0、M1、M2为NMOS管，所述M3、M4为PMOS管；所述M4镜像所述输出极功率管M5；电流源IS2>IS1，电流源IS1流进M0；电流源IS2的一部分电流流进M3，一部分电流流进M2；所述M0和M1为1:1的镜像管，M0和M1的源极接系统地VSS；M2的栅极和M1的漏极相连，M2的漏极和M4的栅极连接，M2的源极接系统地；M3的栅极为所述缓冲级的输入端，M3的源极与电流源IS2相连，M3的漏极与M1的漏极、M2的栅极相连，M3的源极为所述缓冲级的输出端；M4的栅、漏极连接到M3的源极，M4的源极接外接电源VDD。
5.如权利要求1所述的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述补偿网络由电阻R1和电压C1构成，R1和C1串联组成环路补偿网络。
6.如权利要求1所述的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述输出级由PMOS管M5、电容C2、分压电阻R2和R3构成。
7.如权利要求6所述的一种宽范围负载电容的低压差线性稳压器，其特征在于，所述M5为所述输出级的输出极功率管，具有很强的电流驱动能力；M5的漏极接分压电阻R2和R3；所述分压电阻R2和R3串联形成分压电阻串，所述分压电阻串用于将所述输出级的电阻分压连接到放大级的负输入端形成负反馈环路；所述电容C2跨接在M5的栅极和漏极之间，用于控制输出电压Vout随负载变化保持较为稳定的状态，实现较低的负载调整率。
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