一种用于LDO的动态频率补偿技术

摘 要：低压差线性稳压器(LDO)广泛应用于各种供电系统中，但对于不同的负载电流，系统的极点将有很大的变化，如果不进行补偿，系统有可能不稳定。设计一种新颖的动态密勒补偿电路,使系统在不同负载时选择不同的主极点，电路可以更加稳定。该电路不需要外接ESR进行频率补偿,并且增加了系统带宽。此方法设计的LDO 具有响应速度快、稳定性好、节省空间等优点,并且具有更高的电压调整率和负载调整率。

关键词：LDO;动态补偿;ESR;线性稳定

中图分类号：TN710 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1801102

Dynamic Technology of Frequency Compensation Applied in LDO

YANG Xiaofeng1,NING Hongying2

(1.Xi′an Microelectronics Technology Institute,Xi′an,710054,China;2.Xi′an University of Technology,Xi′an,710048,China)

Abstract：Low DropOut(LDO) regulators are widely used in all kinds of power system.However,with different load current,the system′s pole will change prodigious,the system may presents instability when no compensation.This paper designs a new and unique dynamic Miller compensative circuit,system selects different host pole with different load current.This circuit implements frequency compensation without external ESR and widens bandwidth.The designed LDO has advantages of high speed and stabiligy,and has higher voltage regulation and load regulation of rates.

Keywords：LDO;dynamic compensation;ESR;linear stability

1 引 言

线性稳压电源因其无需电感元件、易于单片集成、成本低、输出电压无开关噪声的特点，是功率管理系统的重要组成部分，它常被用作开关稳压电源的后级或在电池供电的系统中。但由负载电流变化所引起的稳定性问题,使大多数LDO 稳压器的工作范围受到限制，尤其对LDO ,它必须在不大稳定的(合理的起伏) 直流输入电压下产生恒定的输出电压,用做其他电路的电源电压。若不能满足稳定性指标,则整个电路将振荡。本文提出了一种新颖的动态密勒补偿电路,使芯片内部产生一个随负载电流变化的零点。该电路不需要外接ESR 进行频率补偿,并且增加了系统带宽。由这种方法设计的LDO 具有响应速度快、稳定性好、节省空间等优点,并且具有更高的电压调整率和负载调整率。

2 传统的LDO频率补偿技术及其缺点

如图1所示，R1，R2Ч钩煞蠢络，输出电压由两者之间比值和基准电压决定:ИVout=(1+R2/R1)*Vref(1)

线性稳压电源是典型的负反馈系统，需要频率补偿设计以获得稳定性。传统线性稳压电源利用输出端电容的等效串联电阻（ESR）保证稳定性。

图1 传统的ESR补偿技术在图1中，Cpar为调整管栅极电容，通常为获得一定的电流输出能力和降低漏失电压，调整管尺寸很大，使Cpar高达100 pF级。Cb为输出端所接的高频旁路电容，为获得较好的瞬态响应和降低输出电压中的噪声，Cb通常在μF级。因此系统存在2个低频极点：ИP1=1RopassCb;P2=1RoaCpar(2)И式（2）中Roa,Ropass为误差放大器、调整管的输出电阻；Cpar为输出调整管的栅极电容；Cb为旁路电容。

驱动负载情况下，输出电阻变为RL和Ro－pass的并联，当输出端接不同的负载，等效输出电阻变化很大，系统的主极点P1将发生很大的变化。如果不进行频率补偿，会造成负的或较低的相位裕度，前者使负反馈变成正反馈，使系统不稳定，后者会使系统的瞬态响应变差。为此，通常的做法是在输出端并接1个电容，并利用其等效串联电阻产生1个零点，以抵消极点的影响，来提高系统的相位裕度，但由于负载发生变化使系统的零极点也发生相应的变化，同时引入第三个极点。通常情况下P3Ъ点的频率很高，落在0 dB增益频率以外，可以不予考虑。下面是系统的零极点，ИP1=1RopassCb； P2=1RoaCpar；

P3=1ResrCo； Z1=1ResrCo(3)

图2是该系统在不同负载电流下的幅频响应曲线，可以看到随着负载电流的变大，极点P1增大得很快，P2Э山似认为不变，系统的带宽会增大，系统的稳定性就会变差。

图2 典型的LDO频率响应采用电容的等效串联电阻引入零点，以获得稳定性的方法，主要有以下缺点：

(1)增大瞬态输出电压变化；

(2) 增大高频电源纹波对输出端的影响:ИИΔVo=RESRRESR+Ropass*Vripple

(3) 输出端并联2个电容，增加了成本。

3 LDO动态补偿电路实现

图3为LDO动态频率补偿电路。Q1，Q98，Q93，Q95，Q9Ч钩傻缌骰撼迤,为调整管提供较大的栅极充电电流，同时提高调整管栅极节点的极点频率，即由1RoaCpar提高到1(2/g)Cpar，g为Q98，Q9Э绲肌

C7是米勒补偿电容用于在系统重负载时，产生系统的主极点P2′，以替代P1。г谄胀ǖ拿桌詹钩ブ校补偿电容的两端接在增益级的输入和输出端，而在图3中，米勒补偿电容C7一端接在输出端，另一端接在MN82的源极，由于MN82的栅极接参考电压，故MN82可看作为共栅连接（电流缓冲）。

MN82的源极输入阻抗远小于漏极电阻，故对于反馈信号，能够较容易地由源极传播到漏极，而对于直馈信号，从MN82的漏极传播到源极很困难，故消除了右平面零点。

采用电流缓冲的米勒补偿的另一个优点是提高了系统的电源抑制比（PSRR）。

与普通的米勒补偿和加电压缓冲的米勒补偿相比，极点分离更明显，即高频极点被推到了更高的频率，有利于系统稳定。

图3 LDO动态频率补偿电路实现米勒电容C7的引入使得系统的零极点发生分离，在重负载条件下，C7引入的主极点为：ИP2′=1RoagmpRLC7（4）