專利名稱：一種低壓降穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于低壓降穩(wěn)壓器補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置，尤其是一種用于增強(qiáng)低壓降穩(wěn)壓器補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置及采用該補(bǔ)償裝置的低壓降穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
如今低壓降穩(wěn)壓器(LDO)越來(lái)越廣泛地用于各種電子設(shè)備中，而隨著低壓降穩(wěn)壓器的廣泛應(yīng)用，不論是在設(shè)計(jì)上，還是在工業(yè)生產(chǎn)中，我們對(duì)低壓降穩(wěn)壓器的要求也越來(lái)越高。其中，低壓降穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性至關(guān)重要，而其響應(yīng)速度、負(fù)載的范圍也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。圖1所示為一個(gè)典型的低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)。圖2所示為一個(gè)典型的低壓降穩(wěn)壓器電路圖。通常，最基本的低壓降穩(wěn)壓器由一個(gè)誤差放大器110、驅(qū)動(dòng)電路120以及反饋電路130組成。誤差放大器110的兩個(gè)輸入端分別接收一個(gè)預(yù)選設(shè)定的參考電壓和從反饋電路130接收一個(gè)反饋電壓，該差值被放大后被輸送至驅(qū)動(dòng)電路120；驅(qū)動(dòng)電路120通常由一個(gè)旁通元件(MPASS管)組成，它根據(jù)誤差放大器110的輸出調(diào)整輸出電流，同時(shí)為低壓降穩(wěn)壓器的負(fù)載(圖中未示出)提供足夠的功率；而反饋電路130對(duì)低壓降穩(wěn)壓管的輸出電壓進(jìn)行分壓，給誤差放大器110提供一個(gè)可以反映當(dāng)前輸出電壓的反饋電壓。一般情況下，這樣的低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)響應(yīng)速度較低而且不夠穩(wěn)定。為了解決這一問(wèn)題，在現(xiàn)在的多數(shù)低壓降穩(wěn)壓器中，都包括有一個(gè)連接在誤差放大器110和驅(qū)動(dòng)電路120之間的動(dòng)態(tài)偏置電路140。動(dòng)態(tài)偏置電路的加入有效的提高了低壓降穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度，但同時(shí)我們需要同時(shí)增加一個(gè)補(bǔ)償回路150以使該低壓降穩(wěn)壓器比較穩(wěn)定的工作。通常，該補(bǔ)償電路150由一個(gè)電容Cc10組成(例如由GARM于1998年10月6日申請(qǐng)的題為《有源補(bǔ)償電容乘法器》的第09/167506號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng))。由于這個(gè)跨接在誤差放大器和低壓降穩(wěn)壓器輸出級(jí)之間的電容產(chǎn)生一種米勒效應(yīng)，我們也稱該電容為米勒電容。這個(gè)米勒電容的加入，可以給低壓降穩(wěn)壓器提供有效的米勒補(bǔ)償，在系統(tǒng)負(fù)載比較穩(wěn)定的情況下，我們可以通過(guò)系統(tǒng)方程，計(jì)算出該米勒電容的大小，我們通過(guò)調(diào)整米勒電容的大小，從而使低壓降穩(wěn)壓器穩(wěn)定的工作。然而，由于該補(bǔ)償電路的插入，使得低壓降穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性受到了影響。實(shí)驗(yàn)證明，在一定的情況下，尤其是在電容性負(fù)載范圍較大并且輸出電流較大的情況下，這樣的低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)往往是不穩(wěn)定的。
因此，需要一種可克服上述缺點(diǎn)，提供一種可負(fù)載較大范圍、能夠提供高效率補(bǔ)償同時(shí)工作穩(wěn)定的低壓降穩(wěn)壓器。
實(shí)用新型內(nèi)容為了達(dá)到上述目的，提供一種可負(fù)載較大范圍、能夠提供高效率補(bǔ)償同時(shí)工作穩(wěn)定的低壓降穩(wěn)壓器。本實(shí)用新型提供了一種低壓降穩(wěn)壓器，該低壓降穩(wěn)壓器包括誤差放大器、動(dòng)態(tài)偏置電路、驅(qū)動(dòng)電路、反饋電路以及補(bǔ)償回路，同時(shí)，該低壓降穩(wěn)壓器還包括一個(gè)零點(diǎn)發(fā)生器。由于加入了新的結(jié)構(gòu)零點(diǎn)發(fā)生器，本實(shí)用新型的低壓降穩(wěn)壓器在較大的負(fù)載范圍情況下，可以有效地消除米勒電容所引起的右半平面的共軛極點(diǎn)，使低壓降穩(wěn)壓器穩(wěn)定的工作，同時(shí)提供高效率的補(bǔ)償。
本實(shí)用新型提供了一種低壓降穩(wěn)壓器，該低壓降穩(wěn)壓器包括誤差放大器、動(dòng)態(tài)偏置電路、驅(qū)動(dòng)電路、反饋電路、補(bǔ)償回路以及一個(gè)零點(diǎn)發(fā)生器，同時(shí)，該低壓降穩(wěn)壓管還包括一個(gè)阻尼因子調(diào)整電路。用于調(diào)整低壓降穩(wěn)壓器系統(tǒng)的阻尼因子，優(yōu)化低壓降穩(wěn)壓器的頻率響應(yīng)特性。


為了要更好地了解本實(shí)用新型的其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)參考附圖來(lái)閱讀以下的具體實(shí)施方式
，其中相同的標(biāo)號(hào)代表相同的組件圖1所示為一個(gè)典型的低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)；圖2所示為一個(gè)典型的低壓降穩(wěn)壓器電路圖；圖3所示為一個(gè)典型的低壓降穩(wěn)壓器電路圖的頻率響應(yīng)圖；圖4所示為一個(gè)的典型低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)的根軌跡圖；圖5所示為本實(shí)用新型的帶有零點(diǎn)發(fā)生器的一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)；圖6所示為本實(shí)用新型的低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)的根軌跡圖；圖7所示為本實(shí)用新型的帶有零點(diǎn)發(fā)生器的一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器電路圖；圖8所示為本實(shí)用新型的低壓降穩(wěn)壓器電路圖的頻率響應(yīng)圖；
圖9所示為本實(shí)用新型的一個(gè)帶有阻尼因子調(diào)整電路的低壓降穩(wěn)壓器電路圖；具體實(shí)施方式
為了能更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，這里我們有必要研究一下造成低壓降穩(wěn)壓器不穩(wěn)定的原因。低壓降穩(wěn)壓器為一負(fù)反饋系統(tǒng)，因此需要頻率補(bǔ)償以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。對(duì)于一個(gè)反饋系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須滿足三個(gè)條件，我們才認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。首先，根據(jù)反饋系統(tǒng)的根軌跡理論，只要一個(gè)系統(tǒng)存在右半平面的極點(diǎn)，則這個(gè)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。那么，一個(gè)穩(wěn)定的低壓降穩(wěn)壓器，首先其極點(diǎn)和零點(diǎn)都必須處在左半平面。其次，如果系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)沒(méi)有足夠的相位裕度，輸出也會(huì)發(fā)生振蕩。要確保系統(tǒng)穩(wěn)定，必須維持足夠的相位裕度，通常我們認(rèn)為相位裕度小于45度的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。最后，要確保系統(tǒng)穩(wěn)定，必須維持足夠的幅度余量，通常我們認(rèn)為一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)要維持小于-12dB的幅度余量。我們可利用軟件繪出完整的開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)，檢查其相位裕度和幅度余量是否足夠。而系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)坐標(biāo)也可以通過(guò)軟件模擬出來(lái)。
一般低壓降穩(wěn)壓器的頻率響應(yīng)，如圖3所示。這是帶有動(dòng)態(tài)偏置電路140和補(bǔ)償回路150的低壓降穩(wěn)壓器的頻率響應(yīng)模擬圖。我們使用圖2所示的電路對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，其中Cc10為30pf。從圖3中很明顯的看到，該系統(tǒng)存在一對(duì)右半平面的極點(diǎn)(71.9061k，-463.6408k)和(71.9061k，463.6408k)。顯然這樣的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？根據(jù)根軌跡理論，當(dāng)回路形成時(shí)，左半平面的兩個(gè)極點(diǎn)將成對(duì)地向彼此移動(dòng)從而形成一對(duì)共軛極點(diǎn)。在補(bǔ)償電容Cc10的作用下，這對(duì)共軛極點(diǎn)將會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡是不確定的，圖4所示為這對(duì)共軛極點(diǎn)的各種運(yùn)動(dòng)軌跡之中的一種，可以很明顯地看出，這對(duì)共軛極點(diǎn)是朝坐標(biāo)軸的右半平面運(yùn)動(dòng)的，可以預(yù)料的是，在一定的條件下，這對(duì)共軛極點(diǎn)可能會(huì)穿越左半平面，從而出現(xiàn)右半平面的共軛極點(diǎn)。圖3就是一個(gè)例證。實(shí)驗(yàn)證明，在電容性負(fù)載范圍較大并且輸出電流較大的情況下，容易出現(xiàn)右半平面的共軛極點(diǎn)。
這對(duì)共軛極點(diǎn)的出現(xiàn)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到了影響，為了消除這種影響，最直接的辦法就是防止這種共軛極點(diǎn)的出現(xiàn)。圖5所示為本實(shí)用新型的一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)，和圖1不同的是，本實(shí)用新型在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)新的裝置零點(diǎn)發(fā)生器160，其作用在于為低壓降穩(wěn)壓器提供一個(gè)內(nèi)部零點(diǎn)。如圖6所示，在產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)之后，原來(lái)的兩個(gè)極點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡被改變了。左邊的極點(diǎn)將開(kāi)始向新產(chǎn)生的零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，雖然我們不能判定另外一個(gè)極點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，但很顯然，在這種情況下，兩個(gè)極點(diǎn)相向運(yùn)動(dòng)的情況不可能出現(xiàn)了，這樣，兩個(gè)極點(diǎn)自然也不可能相遇了，這就避免了共軛極點(diǎn)的出現(xiàn)，自然也避免了右半平面的共軛極點(diǎn)的出現(xiàn)。于是，加入了零點(diǎn)發(fā)生器160的低壓降穩(wěn)壓器有效的避免了右半平面極點(diǎn)的出現(xiàn)，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圖5所示零點(diǎn)發(fā)生器160的一端連接在誤差放大器110的輸出端，另一端接地，實(shí)驗(yàn)證明，將該零點(diǎn)發(fā)生器160的一端連接在動(dòng)態(tài)偏置電路140的輸出端，另一端接地也可以取得不錯(cuò)的效果(未示出)。實(shí)際上低壓降穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)是多樣的，圖5所示的結(jié)構(gòu)只是本實(shí)用新型的零點(diǎn)發(fā)生器的一種應(yīng)用，當(dāng)然它也可以連接在其他多種的低壓降穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)中而產(chǎn)生同樣的效果。
圖7所示為本實(shí)用新型的一個(gè)包括零點(diǎn)發(fā)生器160的低壓降穩(wěn)壓器電路圖。該零點(diǎn)發(fā)生器160由一個(gè)電阻Rz111和一個(gè)電容Cc112串連組成。這樣就可以產(chǎn)生一個(gè)Zero=1Rz1·Cc1]]>的零點(diǎn)。根據(jù)負(fù)載和Cc10的不同，我們可以選取不同阻值的電阻和不同的電容，從而使零點(diǎn)發(fā)生器160所產(chǎn)生的零點(diǎn)的位置發(fā)生變化。為了減小低壓降穩(wěn)壓器的尺寸，Cc112也可由一個(gè)MOS管代替。
為了更進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的效果，我們通過(guò)軟件對(duì)圖7所示的本實(shí)用新型低壓降穩(wěn)壓器的頻率響應(yīng)進(jìn)行了仿真，結(jié)果如圖8所示。首先，從該頻率響應(yīng)的曲線圖我們可以很明顯地看到，該系統(tǒng)不存在右半平面的極點(diǎn)。其次，在0dB時(shí)系統(tǒng)的相位偏移為100度左右，相應(yīng)的相位裕度達(dá)到了180-100＝80度，大于要求的45度；最后，系統(tǒng)的幅度余量為-55dB左右，遠(yuǎn)小于要求的-12dB。在沒(méi)有右半平面的極點(diǎn)、相位裕度和幅度余量都滿足條件的情況下，很明顯，這樣的系統(tǒng)是非常穩(wěn)定的。
為了更進(jìn)一步的提高本實(shí)用新型低壓降穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和補(bǔ)償效果，確保在各種負(fù)載情況下有足夠的增益余量和相位裕度，這就要求低壓降穩(wěn)壓器的阻尼因子不能過(guò)小也不能過(guò)大。如果阻尼因數(shù)過(guò)小，單位增益頻率附近或之上就會(huì)出現(xiàn)頻率“峰值”，縮小了增益余量；若阻尼因數(shù)過(guò)大，共軛極點(diǎn)將變成兩個(gè)單獨(dú)的實(shí)極點(diǎn)，回路增益帶寬將被降低。于是，在加入零點(diǎn)發(fā)生器160的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型的低壓降穩(wěn)壓器還進(jìn)一步包括一個(gè)阻尼因子調(diào)整電路170，如圖9所示。阻尼因子調(diào)整電路170用于調(diào)整低壓降穩(wěn)壓器系統(tǒng)的阻尼因子，優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常，作為本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該阻尼因子調(diào)整電路170由一個(gè)電容Cm13組成。為了減小低壓降穩(wěn)壓器的尺寸，這個(gè)電容也可以有一個(gè)MOS管代替。實(shí)驗(yàn)證明，這樣的方法有效的控制了低壓降穩(wěn)壓器的阻尼因子，本實(shí)用新型的低壓降穩(wěn)壓器在以下各種負(fù)載條件下都是穩(wěn)定的由導(dǎo)通元件決定的負(fù)載電流達(dá)到130mA，等效串聯(lián)電阻達(dá)到3ohm，負(fù)載電容范圍從0.47uF到10uF。
在本文中所描述的實(shí)施例只是許多可使用本實(shí)用新型的實(shí)例中的一些例子，且只是作為舉例的目的而非作為限制的目的被舉出。很明顯的是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是很顯而易見(jiàn)的許多其它的實(shí)施例都可在不偏離本實(shí)用新型的精神及范圍下被達(dá)成。
權(quán)利要求1.一種低壓降穩(wěn)壓器，所述低壓降穩(wěn)壓器由誤差放大器、動(dòng)態(tài)偏置電路、驅(qū)動(dòng)電路、反饋電路以及補(bǔ)償回路組成，所述誤差放大器的兩個(gè)輸入端分別接收一個(gè)預(yù)選設(shè)定的參考電壓和從反饋電路接收一個(gè)反饋電壓；所述動(dòng)態(tài)偏置電路的輸入端連接在誤差放大器的輸出端，而其輸出端連接在驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所述驅(qū)動(dòng)電路接收來(lái)自動(dòng)態(tài)偏置電路的信號(hào)，控制輸出電壓；所述反饋電路將輸出電壓進(jìn)行分壓得到一個(gè)反饋電壓，輸送至誤差放大器；所述補(bǔ)償回路的一端連接在低壓降穩(wěn)壓管的輸出端，另一端與誤差放大器相連；其特征在于所述低壓降穩(wěn)壓器包括一個(gè)在低壓降穩(wěn)壓器內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部零點(diǎn)的零點(diǎn)發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于該零點(diǎn)發(fā)生器的一端連接在所述誤差放大器的輸出端，另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述零點(diǎn)發(fā)生器由至少一個(gè)電阻和一個(gè)電容串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述電阻和電容是可調(diào)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述零點(diǎn)發(fā)生器由至少一個(gè)電阻和一個(gè)MOS管串聯(lián)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述電阻是可調(diào)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述低壓降穩(wěn)壓器還包括一個(gè)阻尼因子調(diào)整電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述阻尼因子調(diào)整電路包括一個(gè)電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述阻尼因子調(diào)整電路包括一個(gè)MOS管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于該零點(diǎn)發(fā)生器的一端連接在所述動(dòng)態(tài)偏置電路的輸出端，另一端接地。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述零點(diǎn)發(fā)生器由至少一個(gè)電阻和一個(gè)電容串聯(lián)組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述電阻和電容是可調(diào)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述零點(diǎn)發(fā)生器由至少一個(gè)電阻和一個(gè)MOS管串聯(lián)組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述電阻是可調(diào)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述低壓降穩(wěn)壓器還包括一個(gè)阻尼因子調(diào)整電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述阻尼因子調(diào)整電路包括一個(gè)電容。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種低壓降穩(wěn)壓器，其特征在于所述阻尼因子調(diào)整電路包括一個(gè)MOS管。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種低壓降穩(wěn)壓器，該低壓降穩(wěn)壓器包括誤差放大器(110)、動(dòng)態(tài)偏置電路(140)、驅(qū)動(dòng)電路(120)、反饋電路(130)以及補(bǔ)償回路(150)，同時(shí)，該低壓降穩(wěn)壓器還包括一個(gè)零點(diǎn)發(fā)生器(160)。由于加入了新的結(jié)構(gòu)零點(diǎn)發(fā)生器(160)，本實(shí)用新型的低壓降穩(wěn)壓器在負(fù)載比較大的情況下，可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容的大小以提供高效率的補(bǔ)償，同時(shí)由于零點(diǎn)發(fā)生器為低壓降穩(wěn)壓器系統(tǒng)提供了一個(gè)內(nèi)部零點(diǎn)，可以有效的避免右半平面共軛極點(diǎn)的出現(xiàn)，從而使低壓降穩(wěn)壓器穩(wěn)定的工作。阻尼因子調(diào)整電路可進(jìn)一步優(yōu)化該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G05F1/10GK2935229SQ20052001814
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者王偉, 湯小虎, 侯曉華 申請(qǐng)人:凹凸科技(中國(guó))有限公司