[发明专利]一种驱动大电流负载的LDO调整器频率补偿方案

说明书

技术领域

本发明涉及电源管理领域，特别是涉及一种驱动大电流负载的LDO调整器频率补偿方案。

背景技术

近年来，由于各种电子产品的广泛使用，作为提供动力的电源管理系统必不可少，电源管理部分对于产品的正常使用至关重要。目前主流的调整器有线性稳压器和开关稳压器两类，具体的应用场合往往需要折中。由于低压差线性稳压器LDO(Low Dropout Linear Regulator)与开关电源相比具有更低的输出电压噪声、纹波，而且电路结构更简单、需要更少的外围器件，所以LDO仍不失为一种高性价比的选择。

在LDO的设计过程中，良好频率响应是调整器稳定工作的前提条件。而在一些驱动大电流负载的系统中，由于负载阻抗变化范围非常大(几欧姆到几千欧姆)，使得输出极点和功率管增益变化剧烈，可能发生系统振荡，导致频率稳定性问题。传统的米勒补偿并不能有效地应对如此大的变化范围。因此，寻找在大电流负载下的高可靠性频率补偿方案并且用尽量简单的结构实现而不占用过多的芯片面积显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大电流负载变化下的低压差线性稳压器的频率补偿方案，能够实现系统的频率稳定和快速应对负载突变，同时电路结构简单，不过多增加低压差线性稳压器的面积和功耗。

一种大电流负载变化下的低压差线性稳压器的频率补偿方案，其特征在于包括以下模块：带隙基准电压源、具有单极点的两级误差放大器、缓冲级、输出级。带隙基准电压源为预调整模块提供稳定的基准电压；预调整模块包括误差放大器、缓冲级、输出级，带隙基准电压经过预调整模块后调整为要输出的电压；后接滤波电容以防止系统响应负载变化时，输出电压过度漂移；经过滤波电容后的输出电压输入到误差放大器模块，利用负反馈原理，提供不随输入电源电压和负载变化的输出电压。

本发明专利的创新性在于，使原本存在两个频率较低极点的两级误差放大器变为近似单极点系统，且该极点位置可人为控制，此发明专利中设置为频率较高的次极点，在利用输出电容寄生电阻(ESR)引入寄生零点后，该极点被适当得补偿。另外，随负载变化的输出极点仍为主极点、输出端滤波电容的极点设置在最大环路增益GBW频率处。最终，实现了全电流负载变化范围内的频率稳定，且相位裕度均在50度以上。

因此，本发明专利具有如下的优点：(1)即使大电流负载变化下，线性调整器系统十分稳定；(2)通过设置频率较高的次极点，并适当引入寄生电容零点，有利于扩展单位环路增益带宽，从而提高系统响应速度；(3)全电流负载变化范围内，50度以上的相位裕度有助于改善输出瞬态响应，包括更小的过冲和下冲电压；(4)输出端加入的滤波电容有助于改善输出电压纹波；

附图说明

图1为近似为单极点系统的两级误差放大器具体电路；

图2为两级误差放大器第二级的小信号模型图；

图3为实现驱动大电流负载LDO频率补偿方案的整体电路；

图4为补偿方案零极点大致位置的波特图；

图5为摘要附图；

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点更加清晰，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1所示驱动大电流负载的LDO线性稳压器的内部两级误差放大器，包括第一级带电阻负载的双端输入双端输出的全差分输入级，第二级为宽线性输入范围的放大器，其中Q10，Q11管既为第二级提供合适的偏置电流，同时又以射随器的形式作为第二级的小信号输入，Q10为第二级反相输入端，Q11为同相输入端。Q6，Q9管所在的两条支路电流之和为Q12管提供的偏置电流，Q4，Q7两管分别将Q5，Q6管所在的支路电流镜像过去，且Q4，Q5，Q6，Q7管的射级退化电阻R4、R5、R6、R7，能有效地改善镜像电流的失配程度。Q4、Q7为基极耦合的差分输入，Q8、Q9作镜像电流源负载，以提高第二级增益。射极退化电阻R4、R7还能大幅增加第二级运放的线性输入范围，电阻Rz和电容C的作用是进行频率补偿，建立系统的频率较高的次极点。