穩壓器制造技術

本發明專利技術提供一種穩壓器，其用于將輸入電壓調整為穩定的輸出電壓，包括：跟隨級；和接受來自所述跟隨級輸出并對負載輸出穩定電壓的驅動級；在所述跟隨級和所述驅動級之間連接有隨所述負載的負載電流增大而改善相位裕度的相位裕度動態補償裝置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種穩壓器，尤其涉及一種低壓降(Low Drop-out)穩壓器。
技術介紹
幾乎所有的電子電路都需要一個維持在特定容差范圍內的穩定的電壓源，向特定部 件供電以確保其正常運行。該穩定電壓由穩壓器提供。常見的穩壓器主要包括差分放大級，驅動級(例如以P—FET、 PNP作為驅動管) 和用于將輸出電壓以一定比例反饋給差分放大級的反饋電路。在現有穩壓器技術中，為 了保持輸出電壓的穩定性，通常在差分放大級和驅動級之間加入跟隨級，使得差分放大 級引入的極點向高頻方向移動從而改善相位裕度。但是加入跟隨級后會引入新的極點， 其對相位裕度改善產生負面影響。于是，可在上述結構中加入密勒RC補償裝置進行相 位裕度改善，但是這樣做，往往由于電容的影響而導致穩壓器具有瞬態響應較差的缺點。因此，希望尋求一種相位裕度改善效果好，同時具有較為出色的瞬態響應的穩壓器。
技術實現思路
本專利技術一方面提供一種穩壓器，其用于將輸入電壓調整為穩定的輸出電壓，包括 跟隨級；和接受來自所述跟隨級輸出并對負載輸出穩定電壓的驅動級；在所述跟隨級和 所述驅動級之間連接有隨所述負載的負載電流增大而增大相位裕度的相位裕度動態補 償裝置。本專利技術的另一方面提供一種雙模式工作設備，其包括低功耗穩壓器和高功耗穩壓器， 所述雙模式工作設備可在低功耗穩壓器工作的低功耗模式和高功耗穩壓器工作的高功 耗模式之間切換，其特征在于，所述低功耗穩壓器上述本專利技術一方面提供的穩壓器。本專利技術在使用增加跟隨級進行相位補償的方法的基礎上，加入一相位裕度動態補償 裝置作為跟隨級的負載，該相位裕度動態補償裝置隨著負載的負載電流增大而改善相位 裕度。從而可在獲得出色的相位改善效果的同時，消除使用密勒RC補償方法中的密勒 電容所帶來的降低瞬態響應的負面效果。附圖說明圖1是現有技術中采用跟隨級進行相位補償的穩壓器的框圖；圖2是實施本專利技術的穩壓器的框圖3是顯示如圖1所示的現有技術穩壓器的系統整體的增益-頻率曲線的示意圖； 圖4是實現本專利技術穩壓器的一實施例的具體電路圖； 圖5是表示穩壓器系統整體的增益-頻率曲線的示意圖； 圖6是表示跟隨級的相位-頻率曲線的示意圖7是表示在負載電流為5mA的條件下，未加入相位裕度動態補償裝置的穩壓器和加入相位裕度動態補償裝置的穩壓器的系統整體的增益-相位-頻率曲線的示意圖8是對比使用密勒RC相位補償方法和使用本專利技術的相位補償方法的系統對負載電流瞬態響應的示意圖9是本專利技術穩壓器的一個應用實例。具體實施例方式通常，利用增加跟隨級的方法進行相位補償的穩壓器的結構框圖如圖1所示，包括相互級聯的差分放大級10、跟隨級20、驅動級30，以及從驅動級30的輸出反饋到差 分放大級輸入端的反饋電路40。穩壓器通過調節輸入電壓，最后由驅動級30輸出穩定 的輸出電壓。跟隨級與差分放大級10級聯，其用于對整個穩壓器的系統相位裕度進行 改善。其中，如果驅動級30的輸出電壓可以略過反饋電路40直接反饋給差分放大級 10。本專利技術的改進在于，在跟隨級20之后加入相位裕度動態補償裝置50作為跟隨級 20的負載，如圖2所示。該相位裕度動態補償裝置50—實施例的具體結構和具體如何 對系統的相位裕度改善將在下面結合圖4和圖5進行詳細說明。圖3顯示如圖1所示現有技術穩壓器的系統整體的增益-頻率曲線。其中曲線R,S,T 分別表示負載電流為10yA， 1mA， 5mA時系統的各個增益-頻率曲線.極點Pole1為 驅動級30引入的極點，從上述曲線可見，隨著負載電流增大，Pole1逐漸向頻率增大 的方向移動至Pole1'和Pole1。 Pole2為差分放大級10引入的極點，Pole3為跟隨級 20引入的極點，從上述曲線可見，Pole2的頻率fp。^和Pole3的頻率fp^3都不會隨著 負載電流的變化而變化。由于Pole3的頻率靠近單位增益頻率處，因此穩壓器系統相位 裕度受到跟隨級20引入的Pole3的頻率影響。綜合上述分析，在現有技術穩壓器系統 中，隨著負載電流增大，驅動級極點向頻率增大方向移動，差分放大級極點頻率和跟隨 級極點頻率并不受負載電流增大的影響即保持大小不變，而單位增益頻率向頻率增大方 向移動，這樣導致系統相位裕度減小，進而導致系統不穩定。本專利技術的改進思路在于在跟隨級20與驅動級30之間接有相位裕度動態補償裝置 50，該相位裕度動態補償裝置50能使得跟隨級極點Pole3的極點頻率fPcle3隨著驅動級 30的負載電流的增大而向高頻方向移動(增大)，也就是說使跟隨級極點Pole3的頻率 fpde3與單位增益頻率UGF的變化趨勢一致，g卩，單位增益頻率UGF發生后移時跟隨 級極點頻率也隨之后移，這樣抑制了在不加相位裕度動態補償裝置50的情況下系統相 位裕度隨著負載電流增大而減小的趨勢，從而提高系統的穩定性。其中跟隨級極點P0le3的極點頻率fp。ie3隨負載電流的增大而增大是基于跟隨級極點頻率計算公式fP。le3=~^~ (Ro表示跟隨級與驅動級間的等效并聯電阻，Co表示2 rf oCo跟隨級與驅動級間的并聯電容)得到的，只要使該公式中的參數Ro， Co至少之一能隨負載電流的增大而減小，就可使fp。te3隨負載電流的增大而增大。在下面的一實施例中，本專利技術從實現的方便性考慮，采用了使Ro隨著負載電流增大而減小的方式。圖4是實現本專利技術穩壓器的作為一實施例的低壓降穩壓器的具體電路圖，下面對其 進行具體描述。圖1中的差分放大級10通過兩個PMOS場效應管P1和P2以及三個 NMOS場效應管N1、 N2、 N3實現；跟隨級20可由作為恒流源的PMOS場效應管P3 和作為跟隨管的PMOS場效應管P4所組成的源跟隨級來實現；驅動級30由一 PMOS 場效應管P6實現，這樣的穩壓管也稱為低壓降穩壓管；圖2中的相位裕度動態補償裝 置50由PMOS場效應管P5實現，在本實施例中，其作為跟隨級20的負載，即，PMOS 場效應管P5的源極連接驅動管P6的源極(也就是圖4中的正向電壓VDD)，起到二 極管正向端的作用，PMOS場效應管P5的的柵極和漏極連接在驅動管P6的柵極與跟 隨級20的輸出端的連線上，起到相當于二極管的負向端的作用。通過這樣的連接，P5 實際起到二極管正向運用的作用。反饋電路40由Rt叩和Rbot串聯組成，用以將輸出 電壓成比例縮小后取出反饋給差分放大級10。當然在變化例中，可以不通過Rtop和 Rbot串聯電路取出反饋電壓，而可以直接將輸出電壓反饋給差分放大級10。關于差分 放大級10、跟隨級20，驅動級30和反饋電路40實現的具體構造，本領域技術人員可 對各級的實現做出合理的變化。例如差分放大級10可由雙極型晶體管實現，并且跟隨 級20也可用射極跟隨級替換；除了本實施例所列舉的源跟隨級的形式之外，可采用其 他形式的跟隨級，例如由電阻代替本實施例中的恒流源和跟隨管一起組成的源跟隨級； 另驅動級30可由PNP晶體管來實現，以替代本實施例中的PMOS場效應管；圖4中 的PMOS管也可用NMOS替代，NMOS管也可用PMOS替代，例如，輸出負電壓時 就是如此。所有這些本領域技術人員根據技術常識能夠作出的替換和改動皆不脫離本專利技術的保護范圍。下面結合圖5對作為相位裕度動態補償裝置50的PMOS場效應管P5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種穩壓器，用于將輸入電壓調整為穩定的輸出電壓，包括：　跟隨級；和　接受來自所述跟隨級輸出并對負載輸出穩定電壓的驅動級；　其特征在于，在所述跟隨級和所述驅動級之間連接有隨所述負載的負載電流增大而改善相位裕度的相位裕度動態補 償裝置。

【技術特征摘要】
1.一種穩壓器，用于將輸入電壓調整為穩定的輸出電壓，包括跟隨級；和接受來自所述跟隨級輸出并對負載輸出穩定電壓的驅動級；其特征在于，在所述跟隨級和所述驅動級之間連接有隨所述負載的負載電流增大而改善相位裕度的相位裕度動態補償裝置。2. 如權利要求1所述的穩壓器，其特征在于，所述相位裕度動態補償裝置由可變電阻器 件構成，該可變電阻器件的電阻隨著加在其上的電壓的增大而減小。3. 如權利要求2所述的穩壓器，其特征在于，所述可變電阻器件由二極管構成，該二極 管正向運用連接在所述跟隨級的輸出端。4. 如權利要求3所述的穩壓器，其特征在于，所述二極管由二極管連接方法的MOS場...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧凱，伊藤弘造，
申請(專利權)人：株式會社理光，
類型：發明
國別省市：JP[日本]