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产品类别:SBW大功率补偿式稳压器

产品名称:极点跟随的LDO稳压器频率补偿方法通比牛牛

产品详情

  本文提出的顶点陪同的频率赔偿形式,供给了LDO稳压器优良的频率褂讪性和瞬态呼应,且无需芯片上频率赔偿电途,于是不单实用于高负载蜕变呼应速率的单芯片LDO稳压器,正在集成电源经管和片上编制(SOC)方面,也有较好的利用前景。

  图4为输出电流Io正在20 ns内由0跳变为100 mA时,LDO稳压器输出电压Vo的瞬态呼应。由图4可能看到,Vo从空载到满载的转换期间约为0.5s。这样优良的瞬态呼应是因为顶点陪同频率赔偿具有以下益处:顶点P1对P2的陪同,减小了P1的附加相移,扩充了相位裕度,则由式(1),有利于减小过冲导致的输出电压振铃外象;无需引入零点,于是避免了零、顶点对变成的输出电压褂讪期间的扩充;对带宽没有限度,且无需米勒频率赔偿电容,则由式(7),有利于减小环途延时。别的,电压缓冲器中的甲乙类推拉构造和动态电流,对升高呼应速率也有很大助助。

  的频率赔偿安排,不单直接决意了频率褂讪性,况且对LD0稳压器的本能参数,加倍是瞬态呼应速率,有很大的影响。别的,跟着目今半导体集成电途工艺的繁荣,越来越众的成效电途也许被集成于简单芯片中,而现有的LDO稳压器频率赔偿工夫,对芯片上频率赔偿电容的必要,大大挫折了LDO稳压器芯片集成度的升高和与其他成效电途的编制集成。

  因为以上原由,目今的LDO稳压器,众采用内部频率赔偿。一类内部频率赔偿工夫模仿了古代LDO稳压器的零、顶点抵消形式,并诈欺前馈工夫,或芯片内部的RC收集和电压把持电流源,形成所需的零点。然而,要做到芯片内形成的零点与相应顶点的十足结婚,好坏常难题的。而未能互相抵消的零点和顶点,会成为LDO稳压器通带内的零、顶点对(doublet),变成Vo筑树期间的扩充。另一类普遍操纵的内部频率赔偿为米勒频率赔偿。米勒赔偿具有顶点别离的性子,即通过跨接正在Mpass栅极和漏极的米勒电容Cm,将P1推向低频,P2推向高频。米勒赔偿后,P1与P2由式(2)、式(3)变为:

  本文对LDO稳压器的频率褂讪题目,和现有的频率赔偿安排工夫实行了外面分解。正在此本原上,提出了一种新型的频率赔偿形式,并给出了电途完毕途径。通过一个采用TSMC0.18 m混杂信号半导体工艺,最大输出电流为100 mA的LDO稳压器安排,对该形式做出了进一步的阐明。末了,连系LDO稳压器的HSpice仿真结果,对本文提出的频率赔偿形式的恶果实行了接洽。

  ,来担保正在相移到达-180之前,T已衰减到单元增益以下。正在单元环途增益频率fu处,环途相移与180的和,被称为相位裕度。正在与闭环增益Ac1间存正在以下合联:

  古代LDO稳压器的频率赔偿形式,如图1所示,诈欺了输出端电容Co及其等效串联电阻Resr,形成一个左半平面(LHP)零点Z1:

  若Resr的取值使Z1与P1足够贴近,并互相抵消,则正在LDO稳压器的通带内惟有一个顶点P2,环途相移不会赶过-180。然而,Resr会扩充Vo正在瞬态历程中的蜕变幅度,下降对Vin中噪声的强迫,且对Resr取值的哀求,限度了Co可挑选的类型,增大了操纵难度和编制本钱。别的,Resr的值还受到情况温度、电压和频率的影响,因而频率褂讪性不行获得牢靠的保护。

  一种使P1陪同P2蜕变的电途完毕,可诈欺共集电极和共漏极电压缓冲器的输出电阻,辞别与偏置电流和偏置电流的开方成反比的次序,凭据输出电流来动态地调解电压缓冲器的偏置电流,使P1也受输出电流把持。

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  ,和IDMpass为Mpass的沟道调制系数和漏极电流),P1只需大于0 Hz,P1与P2的间距(P1/P2)就足以担保频率褂讪性。跟着输出电流的增大,P2向高频搬动,假使P1也许陪同P2的蜕变,则P1与P2的间距获得坚持。顶点陪同的频率赔偿,即是当输出电流蜕变时,通过使P1陪同P2的蜕变,得到频率褂讪性的形式。

  末了必要阐明的是,对输出电压Vo实行的直流扫描结果注明,Vo正在悉数输出电流边界内的蜕变较大,约为4 %。经分解,要紧由以下成分变成:图2中的宽带压差放大器的非对称构造引入了较大的输入失调电压;双极器件的基极电流,以及NPN型器件与PNP型器件参数(放大倍数等)的分歧引入的偏差。通过改用对称构造的低失调压差放大器,并将双极器件替代为MOS器件,可升高LDO稳压器的精度。然而因为低失调压差放大器引入的低频顶点,以及MOS器件的低跨导变成的P1的频率下降,会减小相位裕度,因而应避免正在压差放大器中采用电流镜(引入镜顶点)或共源共栅(扩充节点电阻)等构造,并妥当升高电压缓冲器中器件的尺寸和偏置电流。

  本文援用地点:当环途对必定频率的信号的相移到达-180时,负反应成为了正反应,假使环途增益T仍大于单元增益,环途将形成自激振荡,遗失褂讪Vo的影响,故必要频率

  LDO稳压器的类型构造,如图1所示。图1中,Vref为具有优良温度性子的电压参考信号,Vin为不褂讪的输入电压信号,Vo为输出电压信号。LDO稳压器诈欺由压差放大器、电压缓冲器、通比牛牛电压调解管Mpass和反应收集组成的负反应环途,坚持Vo褂讪。

  图1中存正在两个低频顶点,辞别为位于电压缓冲器输出端的顶点P1,和LDO稳压器输出端的顶点P2。P1与P2的值由电压缓冲器的输出等效电阻Ro1,Mpass的栅、源极电容Cgs,LDO稳压器输出端的等效电阻Ro2和外接电容Co决意:

  便携电子兴办无论是由蓄电池组,依然交换市电原委整流后(或交换适配器)供电,事业历程中,电源电压都存正在蜕变。比方单体锂离子电池充斥电时的电压为4.2 V,放电后的电压为2.3 V,蜕变边界很大。而种种整流器的输出电压不单受市电电压蜕变的影响,还受负载蜕变的影响。于是近年来,低压差线性(LowDropout Linear Regulator)以其低本钱,高电池诈欺率,明净的输出电压等特征,被普遍利用于搬动电话、掌上电脑等消费类电子产物,以及便携式医疗兴办和测试仪器中。

  一个采用了顶点陪同频率赔偿的LDO稳压器,如图2所示。此中,实现频率赔偿的动态偏置电压缓冲器,网罗了由MOS晶体管MP3,MN4和运算放大器OPA构成的输出电流监测电途,由MN1~MN3和MP1~MP2构成的电流镜电途,以及由电流源IB2,IB3和双极晶体管Q3~Q6构成的电压缓冲器。

  由式(5),欲使P1远小于P2,则Cm会很大,电途内部对其充放电的历程变成Vo的压摆期间tsr变长。因Co很大,由式(6),P2处于低频,限度了增益带宽GBW。米勒赔偿对tsr和GBW的影响,直接增大了LDO稳压器的环途延时td(参看式(7))。固然通过嵌套的米勒频率赔偿形式或电容倍增电途,也许减小Cm,但未能扫除Cm对LDO稳压器芯片的集成度的影响。

  采用TSMC 0.18 m混杂信号Spice模子,和高精度仿真器械HSpice,对图2中的LDO稳压器实行了安排与仿线 mA的要求下,环途增益T的幅频与相频呼应的仿线所示,正在单元环增益频率内,幅频性子与单顶点编制类似,以-20 dB/dec的速率衰减,相位裕度大于80。

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