[发明专利]一种具有频率补偿的低压差线性稳压器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种具有频率补偿的低压差线性稳压器。

背景技术

稳压器用于提供不随负载阻抗、输入电压、温度和时间变化而变化的稳定的电源电压，低压差(LDO，Low Drop Out)线性稳压器(Linear Voltage Regulators)因其能够在电源电压(输入端)与负载电压(输出端)之间保持微小压差而著称，压差指的是稳压器保持电压稳定所需的输入电压和输出电压之间的最小差值，压差应尽可能小，以使功耗最小，效率最高。

便携式应用的日益增加使得设计工程师考虑使用LDO来保持所需的系统电压，其与电池充电状态无关。例如，如果锂电池电压从4.2V(全充电)下降到2.7V(几乎全放电)，而LDO可在负载端保持2.5V的恒定电压。

常用的低压差线性稳压器包括误差放大电路、功率管和反馈电阻，其输出Vout接到负载阻抗Rload。为了实现输出电压稳定，还包括补偿电容Cout，电路结构如图1所示。图1和图2中及以下公式中所使用的符号定义如下：

Vin         LDO的电源电压

Vref        输入参考电压

Vout        LDO的输出电压

R_oa         误差放大电路的输出阻抗

C_oa         误差放大电路的输出端寄生电容

C_par        功率管输入端的总寄生电容

C_gd-pass    功率管的栅-漏电容

C_gs-pass    功率管的栅-源电容

R_o-pass     功率管的输出阻抗

g_m-pass     功率管的跨导

C_out        片外补偿电容

R_esr        片外补偿电容的等效串联电阻

R_Load       LDO的负载阻抗

UGF        单位增益带宽

对图1所示电路的传输函数进行分析后得到零极点的分布公式如下：

p₁＝1/C_out(R_X+R_esr)≈1/C_outR_X，

p₂＝1/C_parR_oa＝1/(g_m-passR_XC_gd-pass+C_oa+C_gs-pass)R_oa，z₁＝1/C_outR_esr。其中，R_X＝R_o-pass||(R₁+R₂)||R_load。

图2为零极点的相对位置关系图。主极点p1位于LDO输出端，次极点p2位于功率管输入端，补偿零点z1由片外补偿电容Cout的等效串联电阻Resr产生。高频级点p3由电路内部的其他寄生效应引起。

在重负载(即，负载电阻Rload较小，负载电流较大)的情况下，R_X较小，功率管处于线性区，跨导g_m-pass降低，所以次极点p2较高。在轻负载(即，负载电阻较大，负载电流较小)的情况下，R_X较大，功率管处于饱和区，跨导g_m-pass较大，所以次极点p2降低。而补偿零点z1则与负载无关。

可见，p2的位置随着负载轻重的变化而变化，但是补偿零点z1的位置不变。因为LDO的相位裕度与p2和z1的相对位置密切相关，所以其稳定性与负载大小密切相关。一般来说，LDO的相位裕度会在重负载的条件下优化，由此常常导致LDO在轻载或者空载时不稳定，这是现有的LDO电路结构的一个缺陷。

发明内容

本发明的目的在于设计一种具有频率补偿的低压差线性稳压器，其能够实现相位裕度基本与负载轻重状态无关，从而增强了稳定性。