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CN113190076A - 满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路与方法 - Google Patents

满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路与方法 Download PDF

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CN113190076A
CN113190076A CN202110460816.2A CN202110460816A CN113190076A CN 113190076 A CN113190076 A CN 113190076A CN 202110460816 A CN202110460816 A CN 202110460816A CN 113190076 A CN113190076 A CN 113190076A
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刘晓敏
袁广睿
彭豪
许哲鸣
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Wuxi Etek Microelectronics Co ltd
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Abstract

本发明提出了一种满足不同负载需求下的自适应线性稳压器的相位补偿电路及方法，包括线性稳压器电路和功率管栅驱动信号追踪电路，所述线性稳压器电路上电性连接有第一NMOS管；功率管栅驱动信号追踪电路与第一NMOS管电性连接，用于根据不同负载调节第一NMOS管的导通电阻，借此，本发明具有在不同负载下，自适应线性稳压器的相位稳定、动态响应良好的优点。

Description

满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路与方法
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路与方法。
背景技术
目前，线性稳压器技术发展已经接近于成熟，如图3所示。
但是，由于线性稳压器电路的补偿零点基本固定，所以在不同的负载电流下线性稳压器电路的稳定性就会出现相位裕量较小或不够的情况，影响了环路的动态响应和稳定性。
发明内容
本发明提出一种满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路与方法，能够解决线性稳压器电路在不同负载下的相位稳定性问题。
本发明采用以下技术方案实现：一种满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，包括线性稳压器电路和功率管栅驱动信号追踪电路，线性稳压器电路上电性连接有第一NMOS管；功率管栅驱动信号追踪电路与第一NMOS管电性连接，用于根据不同负载调节第一NMOS管的导通电阻。
线性稳压器电路的不同负载下，功率管栅驱动信号追踪电路将GATE DRIVER转为动态调整管的控制信号R_Dynamic_Con，然后控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管变化，然后改变了接入线性稳压器电路的电阻从而改变输出电压，第一NMOS管电阻变化之后，进而使得零点移动，进而抵消输出极点，使得稳定输出。
作为一种优选的实施方式，功率管栅驱动信号追踪电路包括第二NMOS管、第一电阻和第一PMOS管，第一PMOS管与外部电源电性连接，第一PMOS管与第一电阻电性连接，第一电阻与第二NMOS管电性连接，第二NMOS管接地，第一PMOS管与第一NMOS管电性连接。线性稳压器电路的不同负载下，第一PMOS管用于采样GATE DRIVER的信号变化，和第一电阻起直流偏置作用，将GATE DRIVER转为动态调整管的控制信号R_Dynamic_Con，然后控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管变化，然后改变了接入电路的等效电阻从而改变输出电压。
作为一种优选的实施方式，线性稳压器电路包括第一电流镜、第二电流镜、偏置电流源、调整管、调零电阻、密勒电容、负载外围、第一差输入对分管、第二差输入对分管、容感电路、第一反馈网络和第二反馈网络，偏置电流源与第一差输入对分管电性连接，第一差输入对分管与第一电流镜电性连接，第一电流镜与第二电流镜电性连接，第一电流镜接地，第二差输入对分管电性连接有铁氧体磁珠，第二电流镜依次与调整管、第二电阻、第一NMOS管和第二差输入对分管电性连接，第一NMOS管与密勒电容电性连接，调零电阻与密勒电容电性连接，密勒电容电性连接有功率管，功率管依次与第一反馈网络电性连接、容感电路和负载外围电性连接，第一反馈网络与第二反馈网络电性连接，第二反馈网络接地，负载外围接地，容感电路接地，第一NMOS管与调零电阻并联。
密勒电容和调零电阻组成相位补偿，对应的补偿零点为CC＝1/2ΠR1C1,在容感电路固定的情况下，POUT将随负载外围动态变化，在第一PMOS管接受GATE DRIVER信号并且处理后通过R_Dynamic_Con控制第一NMOS管与调零电阻的等效电阻大小使得POUT为合适大小，此时零点为CC＝1/22Π(RN4R1/(RN4+R1))C1，其中RN4为R_Dynamic_Con栅信号控制NMOS管(N4)的等效导通电阻,第二NMOS管和第一NMOS管起直流偏置作用，将GATE DRIVER转为第一NMOS管即调整管的控制信号R_Dynamic_Con。增大负载时，随着GATE DRIVER降低，R_Dynamic_Con升高，第一NMOS管和调零电阻组成的并联调零电阻阻值减小，零点CC＝1/2Π(RN4R1/(RN4+R1))C1位置往高频移动，追踪抵消高频下的输出极点POUT，在小负载下，调整趋势相反，零点CC位置往低频移动，追踪抵消低频下的输出极点POUT，即补偿零点基本固定，此时在不同的负载电流下，系统稳定性就不会出现相位裕量较小或不够的情况，避免对环路的动态响应和稳定性的影响。
作为一种优选的实施方式，偏置电流源包括第二PMOS管和第三PMOS管，第二PMOS管的漏极连接外部电源，第三PMOS管的漏极连接外部电源。
作为一种优选的实施方式，第二PMOS管的漏极与第一差输入对分管的源极电性连接，第三PMOS管的源极与功率管的漏极电性连接。
满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿方法，包括：
第一步，接入负载外围，线性稳压器电路根据负载外围产生一个输出极点POUT＝1/22ΠRLCL；
第二步，第一PMOS管采样线性稳压器电路中的信号变化，第二NMOS管和第一电阻起直流偏置作用，将采样到的线性稳压器电路中的信号变化转为第二NMOS管的控制信号R_Dynamic_Con；
第三步，控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管的阻值变化，从而改变第一NMOS管和调零电阻组成的并联调零电阻的阻值；
第四步，由于第三步中并联调零电阻阻值的改变，使得零点CC＝1/22Π(RN4R1/(RN4+R1))C1改变，进而抵消POUT，从而产生稳定输出。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
增大负载时，随着GATE DRIVER降低，R_Dynamic_Con升高，第一NMOS管和调零电阻组成的并联调零电阻阻值减小，零点CC＝1/2Π(RN4R1/(RN4+R1))C1位置往高频移动，追踪抵消高频下的输出极点POUT，在小负载下，调整趋势相反，零点CC位置往低频移动，追踪抵消低频下的输出极点POUT，即内部的补偿零点能够跟踪输出极点，此时在不同的负载电流下，系统稳定性就不会出现相位裕量较小或不够的情况，避免对环路的动态响应和稳定性的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中线性稳压器电路与第一NMOS管电性连接的电路图；
图2为功率管栅驱动信号追踪电路的电路图；
图3为现有技术的电路图。
图中，P1-第一差输入对分管，P2-第二差输入对分管，P3-第二PMOS管，P4-第三PMOS管，P5-功率管，P6-第一PMOS管，R3-第一反馈网络，R2-第二反馈网络，R1-调零电阻，R4-第一电阻，RL-负载外围，N1-第一电流镜，N2-第二电流镜，N3-调整管，N4-第一NMOS管，N5-第二NMOS管，C1-密勒电容，CL-容感电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1～2所示，一种满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿方法与电路，包括线性稳压器电路和功率管栅驱动信号追踪电路，线性稳压器电路上电性连接有第一NMOS管N4；功率管栅驱动信号追踪电路与第一NMOS管N4电性连接，用于根据不同负载调节第一NMOS管N4的导通电阻。
线性稳压器电路的不同负载下，功率管栅驱动信号追踪电路将GATE DRIVER转为动态调整管的控制信号R_Dynamic_Con，然后控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管N4变化，然后改变了接入线性稳压器电路的电阻从而改变输出电压，第一NMOS管N4的电阻变化之后，进而使得零点移动，进而抵消输出极点，使得稳定输出。
功率管栅驱动信号追踪电路包括第二NMOS管N5、第一电阻R4和第一PMOS管P6，第一PMOS管P6与外部电源电性连接，第一PMOS管P6与第一电阻R4电性连接，第一电阻R4与第二NMOS管N5电性连接，第二NMOS管N5接地，第一PMOS管P6与第一NMOS管N4电性连接。线性稳压器电路的不同负载下，第一PMOS管P6用于采样GATE DRIVER的信号变化，和第一电阻R4起直流偏置作用，将GATE DRIVER转为动态调整管即第一NMOS管N4的控制信号R_Dynamic_Con，然后控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管N4变化，然后改变了接入电路的等效电阻从而改变输出电压。
线性稳压器电路包括第一电流镜N1、第二电流镜N2、偏置电流源、调整管N3、调零电阻R1、密勒电容C1、负载外围RL、第一差输入对分管P1、第二差输入对分管P2、容感电路CL、第一反馈网络R3和第二反馈网络R2，偏置电流源与第一差输入对分管P1电性连接，第一差输入对分管P1与第一电流镜N1电性连接，第一电流镜N1与第二电流镜N2电性连接，第一电流镜N1接地，第二差输入对分管P2电性连接有铁氧体磁珠FB，第二电流镜N2依次与调整管N3、第二电阻R1、第一NMOS管N4和第二差输入对分管P2电性连接，第一NMOS管N4与密勒电容C1电性连接，调零电阻R1与密勒电容C1电性连接，密勒电容C1电性连接有功率管(P5)，功率管P5依次与第一反馈网络R3电性连接、容感电路CL和负载外围RL电性连接，第一反馈网络R3与第二反馈网络R2电性连接，第二反馈网络R2接地，负载外围RL接地，容感电路CL接地。第一NMOS管N4与调零电阻R1并联。
满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿方法，包括：
第一步，接入负载外围RL，线性稳压器电路根据负载外围RL产生一个输出极点POUT＝1/22ΠRLCL；
第二步，第一PMOS管P6采样线性稳压器电路中的信号变化，第二NMOS管和第一电阻R4起直流偏置作用，将采样到的线性稳压器电路中的信号变化转为第二NMOS管N5的控制信号R_Dynamic_Con；
第三步，控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管N4的阻值变化，从而改变第一NMOS管N4和调零电阻R1组成的并联调零电阻的阻值；
第四步，由于第三步中并联调零电阻阻值的改变，使得零点CC＝1/22Π(RN4R1/(RN4+R1))C1改变，进而抵消POUT，从而产生稳定输出
密勒电容C1和调零电阻R1组成相位补偿，对应的补偿零点为CC＝1/2ΠR1C1,在容感电路CL固定的情况下，POUT将随负载外围动态变化，在第一PMOS管P6接受GATE DRIVER信号并且处理后通过R_Dynamic_Con控制第一NMOS管P6与调零电阻R1的等效电阻大小使得POUT为合适大小，此时零点为CC＝1/22Π(RN4R1/(RN4+R1))C1，其中RN4为R_Dynamic_Con栅信号控制NMOS管(N4)的等效导通电阻,第二NMOS管N5和第一NMOS管N4起直流偏置作用，将GATE DRIVER转为第一NMOS管N4即调整管的控制信号R_Dynamic_Con。增大负载时，随着GATE DRIVER降低，R_Dynamic_Con升高，第一NMOS管N4和调零电阻R1组成的并联调零电阻阻值减小，零点CC＝1/2Π(RN4R1/(RN4+R1))C1位置往高频移动，追踪抵消高频下的输出极点POUT，在小负载下，调整趋势相反，零点CC位置往低频移动，追踪抵消低频下的输出极点POUT，
传统的线性稳压器电路的主运放部分由第一电流镜N1,第二电流镜N2，第一差输入对分管P1,第二差输入对分管P2，偏置电流源，调整管N3构成。功率输出管P5/第一反馈网络R3与第二反馈网络R2提供稳定的输出电压负载电流，其中负载电流由用户使用的负载外围RL决定，主运放用于相位补偿的是密勒电容C1和调零电阻R1，组成补偿零点CC＝1/2ΠR1C1，该零点位置，因为密勒电容C1和调零电阻R1的阻值和容值固定，所以在系统带宽内的频率点位置固定，线性稳压器电路使用范围需要适应不同的负载电流，所以就会产生个动态的输出极点POUT＝1/22ΠRLCL，在CL固定的情况下，POUT将随RL动态变化。此时在不同的负载电流下，内部的补偿零点能够跟踪输出极点，整个线性稳压器电路稳定性就不会出现相位裕量较小或不够的情况，避免影响环路的动态响应和稳定性。
偏置电流源包括第二PMOS管P3和第三PMOS管P4，第二PMOS管P3的漏极连接外部电源，第三PMOS管P4的漏极连接外部电源。第一差输入对分管P1的源极与第一电流镜N1的漏极电性连接，第一电流镜N1的栅极与第二电流镜N2的栅极电性连接，第二电流镜N2的漏极依次与第一NMOS管N4的源极电性、调整管N3的栅极和第二差输入对分管P2的源极电性连接，第一NMOS管N4的漏极与密勒电容C1电性连接，第二PMOS管P3的漏极与第一差输入对分管P1的源极电性连接，第三PMOS管P4的源极与功率管P5的漏极电性连接，功率管P5的源极依次与第一反馈网络R3、负载外围RL和容感电路CL电性连接。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，包括线性稳压器电路和功率管栅驱动信号追踪电路，所述线性稳压器电路上电性连接有第一NMOS管(N4)；
功率管栅驱动信号追踪电路与第一NMOS管(N4)电性连接，用于根据不同负载调节第一NMOS管(N4)的导通电阻。
2.根据权利要求1所述的满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，所述功率管栅驱动信号追踪电路包括第二NMOS管(N5)、第一电阻(R4)和第一PMOS管(P6)，所述第一PMOS管(P6)与外部电源电性连接，所述第一PMOS管(P6)与第一电阻(R4)电性连接，所述第一电阻(R4)与第二NMOS管(N5)电性连接，所述第二NMOS管(N5)接地，所述第一PMOS管(P6)与第一NMOS管(N4)电性连接。
3.根据权利要求1所述的满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，所述线性稳压器电路包括第一电流镜(N1)、第二电流镜(N2)、偏置电流源、调整管(N3)、调零电阻(R1)、密勒电容(C1)、负载外围(RL)、第一差输入对分管(P1)、第二差输入对分管(P2)、容感电路(CL)、第一反馈网络(R3)和第二反馈网络(R2)，所述偏置电流源与第一差输入对分管(P1)电性连接，所述第一差输入对分管(P1)与第一电流镜(N1)电性连接，所述第一电流镜(N1)与第二电流镜(N2)电性连接，所述第一电流镜(N1)接地，所述第二差输入对分管(P2)电性连接有铁氧体磁珠(FB)，所述第二电流镜(N2)依次与调整管(N3)、第二电阻(R1)、第一NMOS管(N4)和第二差输入对分管(P2)电性连接，所述第一NMOS管(N4)与密勒电容(C1)电性连接，所述调零电阻(R1)与密勒电容(C1)电性连接，所述密勒电容(C1)电性连接有功率管(P5)，所述功率管(P5)依次与第一反馈网络(R3)电性连接、容感电路(CL)和负载外围(RL)电性连接，所述第一反馈网络(R3)与第二反馈网络(R2)电性连接，所述第二反馈网络(R2)接地，所述负载外围(RL)接地，所述容感电路(CL)接地。
4.根据权利要求3所述的满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，所述第一NMOS管(N4)与调零电阻(R1)并联。
5.根据权利要求3所述的满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，所述偏置电流源包括第二PMOS管(P3)和第三PMOS管(P4)，所述第二PMOS管(P3)的漏极连接外部电源，所述第三PMOS管(P4)的漏极连接外部电源。
6.根据权利要求5所述的满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，所述第二PMOS管(P3)的漏极与第一差输入对分管(P1)的源极电性连接，所述第三PMOS管(P4)的源极与功率管(P5)的漏极电性连接。
7.满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿方法，包括如权利要求1～6任一项所述的满足不同负载下自适应线性稳压器的相位补偿电路，其特征在于，包括：
第一步，接入负载外围(RL)，线性稳压器电路根据负载外围(RL)产生一个输出极点POUT＝1/22ΠRLCL；
第二步，第一PMOS管(P6)采样线性稳压器电路中的信号变化，第二NMOS管和第一电阻(R4)起直流偏置作用，将采样到的线性稳压器电路中的信号变化转为第二NMOS管(N5)的控制信号R_Dynamic_Con；
第三步，控制信号R_Dynamic_Con控制第一NMOS管(N4)的阻值变化，从而改变第一NMOS管(N4)和调零电阻(R1)组成的并联调零电阻的阻值；
第四步，由于第三步中并联调零电阻阻值的改变，使得零点CC＝1/22Π(RN4R1/(RN4+R1))C1改变，进而抵消POUT，从而产生稳定输出。
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