具有效率频率补偿的低压降线性稳压器

摘要

本发明提出一种具有效率频率补偿的低压降线性稳压器，包含有一误差放大器、一传输元件、一分压电路及一极点控制单元。该误差放大器用来根据一参考电压及一反馈电压，产生一控制信号。该传输元件耦接于该误差放大器，用来根据该控制信号，对一输入电压进行调整，以产生一输出电压。该分压电路耦接于该传输元件，用来对该输出电压进行分压，以产生该反馈电压。该极点控制单元耦接于该传输元件，用来提供一输出电容，并根据该传输元件的输出阻抗变化，调整该输出电容的大小，以固定一极点的产生频率，进而维持回路的稳定性。

说明书

技术领域

本发明是指一种具有效频率补偿的低压降线性稳压器，尤指一种根据负载电流变化调整输出电容大小，以固定一极点产生频率的低压降线性稳压器。

背景技术

线性稳压器具有提供稳定输出电压的能力，其中低压降线性稳压器(LowDrop-Out Voltage Regulator，LDO Regulator)更因为输出电压可以非常地接近输入电压，而节省功率晶体管的功率消耗，使得电池寿命可以维持很久，因此被广泛地应用于各种便携式电子产品上，例如随身听、数码相机、移动电话、笔记本计算机等等。

请参考图1，图1为一已知的低压降稳压器10的示意图。低压降稳压器10包含有一误差放大器110、一传输元件120、一分压电路130及一输出电容Cout，其工作原理主要是通过分压电路130产生一反馈电压VFB，以使误差放大器110根据反馈电压VFB及参考电压VREF的差异控制传输元件120，进而产生稳定的输出电压。其中，输出电容Cout用来于负载电流I_load突然改变时，暂时提供负载所需的大量电流，以改善输出电压的暂态响应。

一般来说，回路稳定度(Stability)一直是在设计低压降线性稳压器的过程中一个重要的议题。在传统的电路架构中，负载电流大小以及输出电容值为两项主要影响稳定度的因素。通过建立上述低压降稳压器的小信号电路模型，可以发现整个回路中主要存在两个极点，其与稳定度的设计有密切的关系。第一个极点，也就是主极点，是由误差放大器与传输元件间寄生电容和误差放大器的输出阻抗所形成，其可通过下式表示：$\mathrm{fp}1\approx \frac{1}{2\pi \times \mathrm{Roe}\times \mathrm{Cpar}},$其中Roe及Cpar分别代表误差放大器的输出阻抗及寄生电容的大小。第二个极点则是由输出电容及低压降线性稳压器的输出阻抗所造成，其可通过下式表示：$\mathrm{fp}2\approx \frac{1}{2\pi \times \mathrm{Ro}\times \mathrm{Cout}}\approx \frac{\lambda \times I_{\mathrm{load}}}{2\pi \times \mathrm{Cout}},$其中Ro及λ分别代表传输元件120的输出阻抗及通道长度调制系数。

由上可知，第二个极点的频率会随着负载电流I_load变化而变化，而其他极点的位置并不会随着变化。然而，由于极点频率飘移会大幅地改变低压降稳压器的频率响应，因此在某些情况下可能会因相位边限(Phase Margin)不足而发生回路不稳定的情况。

总言之，已知的低压降线性稳压器会因负载电流变化而产生回路稳定性的问题。

发明内容

因此，本发明的目的即在于提供一种具有效率频率补偿的低压降线性稳压器。

本发明揭露一种具有效率频率补偿的低压降线性稳压器，其包含有一误差放大器、一传输元件、一分压电路及一极点控制单元。该误差放大器用来根据一参考电压及一反馈电压，产生一控制信号。该传输元件耦接于该误差放大器，用来根据该控制信号，对一输入电压进行调整，以产生一输出电压。该分压电路耦接于该传输元件，用来对该输出电压进行分压，以产生该反馈电压。该极点控制单元耦接于该传输元件，用来提供一输出电容，并根据该传输元件的输出阻抗变化，调整该输出电容的大小，以固定一极点的产生频率，进而维持回路的稳定性。

附图说明

图1为一已知的低压降稳压器的示意图。

图2为本发明具有效率频率补偿的一低压降线性稳压器的示意图。

图3为本发明一极点控制单元的实施例示意图。

附图标号

10、20        低压降稳压器

110、210      误差放大器

120、220      传输元件

130、230      分压电路

Cout          输出电容

VFB           反馈电压

VREF          参考电压

I_load         负载电流

240、30       极点控制单元

CTRL          控制信号

Vin           输入电压

Vout          输出电压

MP1P          型金氧半场效电晶体

R1、R2        分压电阻

C1            第一电容

C2            第二电容

SW1           切换开关

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明具有效率频率补偿的一低压降线性稳压器20的示意图。低压降线性稳压器20包含有一误差放大器210、一传输元件220、一分压电路230及一极点控制单元240。误差放大器210用来根据一参考电压VREF及一反馈电压VFB，产生一控制信号CTRL。传输元件220耦接于误差放大器210，用来根据控制信号CTRL，对一输入电压Vin进行调整，以产生一输出电压Vout。分压电路230耦接于传输元件220，用来对输出电压Vout进行分压，以产生反馈电压VFB。极点控制单元240耦接于传输元件220，用来提供一输出电容Cout，并根据传输元件220的输出阻抗变化，调整输出电容Cout的大小，以固定一极点的产生频率，进而维持回路的稳定性。较佳地，传输元件220可通过一P型金属氧化物半导体场效应晶体管MP1实现，而分压电路230可通过分压电阻R1、R2实现，如图2所示。

如背景技术所述，低压降线性稳压器的一极点频率由传输元件的输出阻抗及输出电容两者的大小乘积决定，而当输出阻抗变化时，例如后级负载的操作状态改变时，已知的低压降线性稳压器会因极点频率飘移而产生回路稳定性的问题。因此，本发明低压降线性稳压器20可通过极点控制单元240，根据传输元件220的输出阻抗变化，调整输出电容Cout的大小，以固定极点的产生频率，进而维持回路的稳定性。

举例来说，当后级负载由休眠状态切换至运作(Active)状态时，后级负载会从传输元件220汲取大量的电流(即负载电流I_load)，使得传输元件220的输出阻抗变小，在此情形下，若能对应地增加输出电容Cout的大小，则可固定极点的产生频率，而维持回路的稳定性。请参考图3，图3为本发明一极点控制单元30的实施例示意图。极点控制单元30用来实现图2的极点控制单元240，其包含有一第一电容C1、一第二电容C2及一切换开关SW1。第一电容C1及第二电容C2分别用来提供两个固定大小的电容值。切换开关SW1耦接于第二电容C2，则用来根据后级负载的操作状态，将第二电容切换耦接至传输元件220，以调整输出电容Cout的大小。

较佳地，当负载元件处于一运作(Active)状态时，切换开关SW1形成短路，以将第二电容C2耦接至传输元件220，从而增加输出电容Cout的大小。在此情形下，输出电容Cout的大小将等于第一电容C1与第二电容C2之和。相反地，当负载元件处于一休眠(Sleep)状态时，切换开关SW1则形成断路，此时输出电容Cout的大小仅等于第一电容C1的大小。

如此一来，相较于后级负载处于休眠状态，当后级负载处于运作状态而使传输元件220的输出阻抗变小时，本发明通过切换开关SW1将第二电容C2耦接至传输元件220，以增加输出电容Cout的大小，而使低压降线性稳压器20产生固定的极点频率。在此情形下，不论后级负载处于运作状态或休眠状态，本发明低压降线性稳压器皆具有相同的频率响应，因此可改善已知技术因极点频率飘移而产生回路不稳定的问题。

此外，通过适当地选择第一电容C1及第二电容C2的大小，本发明除了可维持回路的稳定性的外，更可最佳化输出电压的暂态响应，其为本领域技术人员所知，于此不赘述。

简言之，本发明通过动态切换输出电容的方式，对极点频率的飘移进行补偿，因此相较于已知技术需通过复杂的电路实现频率补偿，本发明频率补偿方式仅需通过简单的电路实现。值得注意的是，上述实施例仅为本发明的一举例说明，本领域技术人员当可根据实际需求做适当地修改，只要具有相同输出电容调整功能皆属本发明的范围。

综上所述，本发明用来提供一种具有效率频率补偿的低压降线性稳压器，其根据输出阻抗的变化，调整输出电容的大小，以固定极点的产生频率，进而维持回路的稳定性。较佳地，本发明可应用于以内建方式实现输出电容的低压降线性稳压器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。