CN113342108B - 并联运放零点补偿电路 - Google Patents

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Abstract

并联运放零点补偿电路，涉及集成电路技术，本发明包括功率MOS管(M0)、电阻(Rc)和负载电容(CL)，其特征在于，补偿电路的输入端接功率MOS管的栅极和电流放大器的输入端，功率MOS管的栅极通过一个电容接功率MOS管的电流输出端；功率MOS管的电流输出端作为补偿电路的输出端，功率MOS管的电流输出端通过电阻(Rc)接电流放大器的输出端，电流放大器的输出端连接电流源，电流源另一端接地。本发明可以减少负载电流突然减小时输出电压的过充幅值。

Description

并联运放零点补偿电路
技术领域
本发明涉及线性稳压器，特别涉及一种低压差线性稳压器并联运放零点补偿电路
背景技术
低压差线性稳压器作为电源管理电路中必不可少的一部分，由于其在压降、PSRR、噪声、成本等方面的独特优势，使得它被广泛应用于便携式电子设备和通讯电子设备等地方。
低压差线性稳压器由负反馈环路构成，可以将输出电压调整为需要的电压的值，为了得到更好的稳定性和瞬态响应性能，必须设计合适的频率响应补偿网络。传统的稳压器由于其本身的特性，在稳压器的环路里通常会包含次极点，为了消除次极点的影响，传统的方法是通过输出电容自身的等效串联电阻的作用，产生一个接近次极点的左半平面零点来抵消次极点的影响，从而使稳压器环路稳定，如附图1所示；或是通过将一个零电阻与弥勒电容串联将原有的右半平面零点转化为左半平面零点，如附图2所示。但以上两种方法引入的都是固定的零点，零点的位置不会跟随负载电流的变化而变化，因此，为了在宽负载范围维持电路的稳定性，必须通过设计其它更好的电路结构来产生需要的左半平面零点，使电路拥有更好的稳定性和瞬态响应性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种并联运放零点补偿电路，能够产生一个动态零点，零点位置随着负载电流动态调整。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，并联运放零点补偿电路，包括功率MOS管、电阻Rc和负载电容CL，其特征在于，补偿电路的输入端接功率MOS管的栅极和电流放大器的输入端，功率MOS管的栅极通过一个电容接功率MOS管的电流输出端；功率MOS管的电流输出端作为补偿电路的输出端，功率MOS管的电流输出端通过电阻Rc接电流放大器的输出端，电流放大器的输出端连接电流源，电流源另一端接地。
所述功率MOS管为PMOS管。
所述电流放大器包括：
第一PMOS管(mp0)，其源极和功率MOS管的源极接高电平端VIN；
第四PMOS管，其源极接高电平端VIN，其栅极和第一PMOS管的栅极、功率MOS管的栅极连接于补偿电路的输入端Vi；
第二电流源，一端接高电平端VIN，另一端接第一PMOS管(mp0)的漏极；
第二PMOS管(Md0)，其源极接第一PMOS管(mp0)的漏极，漏极接第三NMOS管(MC0)的漏极；
第三NMOS管的源极接地，栅极和漏极接第五NMOS管(MC)的栅极；
第五NMOS管的源极接地，漏极接第四PMOS管的漏极；
运算放大器，其正性输入端接第四PMOS管的漏极，其负性输入端接第一PMOS管的漏极，其输出端接第二PMOS管的栅极；
第四PMOS管的漏极作为电流放大器的输出端。
对比传统的零点补偿电路所生成的一个固定位置的零点，在本发明中，由于电流放大器、Rc和Cgd的共同作用，本发明的零点补偿电路可以生成一个左半平面的动态零点，零点位置随负载电流的变化而变化，可以维持电路的负载电流在宽范围变化时电路的稳定性，此零点可以抵消LDO电路的一个极点，从而增大电路的带宽，增强电路的瞬态响应性能。同时电流放大器镜像功率管M0的电流，使电流放大器的输出电流可以随着负载电流的增加而增加，以此减少负载电流突然减小时输出电压的过充幅值。
附图说明
图1为输出电容等效串联ESR电阻零点补偿电路原理图
图2为弥勒电容串联电阻零点补偿电路原理图
图3为本发明公开的一种并联运放零点补偿电路原理图
图4为本发明实施例公开的一种并联运放零点补偿电路原理图
具体实施方式
参见图3，作为一种实施方式，本发明包括功率MOS管M0、电流放大器、电阻Rc、电流源I0和电容Cgd、负载电容CL，可以产生一个左半平面的动态零点，此零点用来抵消LDO电路的一个次极点，维持***的稳定性，增大了电路的带宽，增强电路的瞬态响应性能。同时电流放大器镜像功率管M0的电流，使电流放大器的输出电流可以随着负载电流的增加而增加，以此减少负载电流突然减小时输出电压的过充幅值。
功率MOS管的栅极、电流放大器的输入、电容Cgd的一端接电路的输入Vi，P功率MOS管的源极接电源电压，漏极与电阻Rc、电容Cgd的另一端、负载电容CL接输出电压Vo，所述负载电容的另一端接地，所述电阻Rc的另一端与电流放大器的输出、电流源I0的一端连接，所述电流源I0的另一端接地。
参见图4，电流放大器包括：
第一PMOS管mp0，其源极和功率MOS管的源极接高电平端VIN；
第四PMOS管mp，其源极接高电平端VIN，其栅极和第一PMOS管mp0的栅极、功率MOS管的栅极连接于补偿电路的输入端Vi；
第二电流源，一端接高电平端VIN，另一端接第一PMOS管mp0的漏极；
第二PMOS管Md0，其源极接第一PMOS管mp0的漏极，漏极接第三NMOS管MC0的漏极；
第三NMOS管MC0的源极接地，栅极和漏极接第五NMOS管MC的栅极；
第五NMOS管MC的源极接地，漏极接第四PMOS管mp的漏极；
运算放大器，其正性输入端接第四PMOS管mp的漏极，其负性输入端接第一PMOS管的漏极，其输出端接第二PMOS管Md0的栅极；
第四PMOS管mp的漏极作为电流放大器的输出端。
由图4，功率MOS管M0是大尺寸PMOS管，第四PMOS管mp是同类型PMOS管。功率MOS管M0和第四PMOS管mp的跨导分别为Gmp、gmp，跨接在各个栅漏两端的电容分别为Cgd、Cgdp。由于第四PMOS管mp的面积较M0很小，若第四PMOS管mp接成源级负反馈结构将减小第四PMOS管mp的等效输入跨导，故Cgdp可忽略不计。放大器A提供高增益，嵌位第一PMOS管mp0、第四PMOS管mp的漏端电压，使得当VFB变化时，第一PMOS管mp0漏级电压跟随其变化，减小与功率MOS管M0电流复制的非线性；第五NMOS管MC管为第四PMOS管mp提供偏置电流，计算输入到输出的零点，令输出对地短路：
Figure BDA0003107009110000051
求得：
Figure BDA0003107009110000052
上式中，当
Figure BDA0003107009110000053
时，SZ＜0，零点出现在左半平面。又因为VFB＝Vref，Vout＝VFB+(I0+Iout)Rc，若要求输出点跟随参考电压值在0.1％误差之内
ΔVout/Vref＝(I0+Iout)Rc/Vref＜0.1％
即：
Rc＜0.1％Vref/(I0+Iout)
所以：
Figure BDA0003107009110000054
即合适的值Rc能使零点从右半平面移动到左半平面。从另一个角度来看，若是不要求输出电压跟随参考电压的精度，Rc取较大值也可使零点在左半平面，同时也可以满足***稳定性，但是较大Rc会在大负载电流撤销后，减慢输出点电荷放电速度而增加输出过充电压的恢复时间，所以Rc不宜取较大值。
当负载电流变化时，流过PMOS功率管M0和第四PMOS管mp的电流跟随变化，Gmp和gmp的值也跟随变化，根据上面推出的零点的表达式可知，零点的值是跟随变化的，故而得到所需的随负载变化的动态零点。将上述电路应用于LDO，当LDO的负载电流发生变化时，由于LDO本身输出极点(次极点)会跟随负载电流变化，设置合适的电路参数使得动态零点可以抵消LDO电路的次极点，使得LDO可以在全负载范围内稳定工作。同时会使得LDO的带宽增加，从而增强电路的瞬态响应性能。
另一方面，依据KCL定律得到输出电流公式：
Iout＝I2+Iin-I1
由公式和电路可知，低负载电流时，Iout＝Iin为恒定值；随着负载增大到一定值，I1和I2之间的差值不可忽略，所以Iout＝I2+Iin-I1，此时Iout随负载电流增加而非线性增加。如此动态下拉电流有助于在大负载电流突然撤销时，减小输出点Vout的过充幅值，从而增强电路的瞬态响应性能。

Claims (2)

1.并联运放零点补偿电路，包括功率MOS管(M0)、电阻(Rc)和负载电容(CL)，功率MOS管(M0)的漏极和栅极通过电容(Cgd)连接，其特征在于，补偿电路的输入端接功率MOS管的栅极和电流放大器的输入端，功率MOS管的栅极通过一个电容接功率MOS管的电流输出端；功率MOS管的电流输出端作为补偿电路的输出端，功率MOS管的电流输出端通过电阻(Rc)接电流放大器的输出端，电流放大器的输出端连接电流源，电流源另一端接地；
所述电流放大器包括：
第一PMOS管(mp0)，其源极和功率MOS管的源极接高电平端VIN；
第四PMOS管(mp)，其源极接高电平端VIN，其栅极和第一PMOS管(mp0)的栅极、功率MOS管的栅极连接于补偿电路的输入端Vi；
第二电流源，一端接高电平端VIN，另一端接第一PMOS管(mp0)的漏极；
第二PMOS管(Md0)，其源极接第一PMOS管(mp0)的漏极，漏极接第三NMOS管(MC0)的漏极；
第三NMOS管(MC0)的源极接地，栅极和漏极接第五NMOS管(MC)的栅极；
第五NMOS管(MC)的源极接地，漏极接第四PMOS管(mp)的漏极；
运算放大器，其正性输入端接第四PMOS管(mp)的漏极，其负性输入端接第一PMOS管的漏极，其输出端接第二PMOS管(Md0)的栅极；
第四PMOS管(mp)的漏极作为电流放大器的输出端，第四PMOS管(mp)的面积较功率MOS管(M0)很小，且具有源极负反馈结构；
电阻Rc满足
Figure FDA0003649083490000021
其中gmp为第四PMOS管(mp)的跨导，Cgd为电容Cgd的电容值，CL为负载电容(CL)的电容值。
2.如权利要求1所述的并联运放零点补偿电路，其特征在于，所述功率MOS管为PMOS管。
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