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|线性稳压器的工作原理及比较( 四 )


此回路稳定吗？为了回答这个问题 ， 我们根本无需复杂的计算 ， 只需要知道
0dB时的相移（此例中是1MHz） 。
前两个极点和第一个零点分布使相位从－180°变到＋90° ， 最终导致网络相
位转变到－90° 。 最后一个极点在十倍频程中出现了0dB点 。 代入零点相移公式 ，
可以计算出该极点产生了－84°的相移（在1MHz时） 。 加上原来的－90°相移 ，
全部的相移是－174°（也就是说相位裕度是6°） 。 由此得出结论 ， 该回路不能
保持稳定 ， 可能会引起振荡 。
NPN稳压器补偿
NPN稳压器的导通管（见图1）的连接方式是共集电极的方式 。 所有共集
电极电路的一个重要特性就是低输出阻抗 ， 意味着电源范围内的极点出现在回
路增益曲线的高频部分 。
由于NPN稳压器没有固有的低频极点 ， 所以它使用了一种称为主极点补偿
（dominantpolecompensation）的技术 。 方法是 ， 在稳压器的内部集成了一个
电容 ， 该电容在环路增益的低频端添加了一个极点（图12：NPN稳压器的波特
图） 。
NPN稳压器的主极点（DominantPole） ， 用P1点表示 ， 一般设置在
100Hz处 。 100Hz处的极点将增益减小为－20dB/十倍频程直到3MHz处的第二
个极点（P2） 。 在P2处 ， 增益曲线的斜率又增加了－20dB/十倍频程 。 P2点的
频率主要取决于NPN功率管及相关驱动电路 ， 因此有时也称此点为功率极点
（Ppowerpole） 。 另外 ， P2点在回路增益为－10dB处出现 ， 也就表示了单位
增益（0dB）频率处（1MHz）的相位偏移会很小 。
为了确定稳定性 ， 只需要计算0dB频率处的相位裕度 。
第一个极点（P1）会产生－90°的相位偏移 ， 但是第二个极点（P2）只增加
了－18°的相位偏移（1MHz处） 。 也就是说0dB点处的相位偏移为－108° ， 相
位裕度为72° ， 表明回路非常稳定 。
需要两个极点才有可能使回路要达到－180°的相位偏移（不稳定点） ， 而
极点P2又处于高频 ， 它在0dB处的相位偏移就很小了 。
LDO稳压器的补偿
LDO稳压器中的PNP导通管的接法为共射方式（commonemitter） 。 它
相对共集电极方式有更高的输出阻抗 。 由于负载阻抗和输出容抗的影响在低频程
处会出现低频极点（low－frequencypole） 。 此极点 ， 又称负载极点（loadpol
e） ， 用Pl表示 。 负载极点的频率由下式计算获得：
F(Pl)＝1/(2π×Rload×Cout)（8）
从此式可知 ， LDO不能通过简单的添加主极点的方式实现补偿 。 为什么?
先假设一个5V/50mA的LDO稳压器有下面的条件在最大负载电流时 ， 负载极
点（Pl）出现的频率为：
Pl＝1/(2π×Rload×Cout)＝1/(2π×100×10-5)＝160Hz（9）
假设内部的补偿在1kHz处添加了一个极点 。 由于PNP功率管和驱动电路
的存在 ， 在500kHz处会出现一个功率极点（Ppwr） 。
假设直流增益为80dB 。 在最大输出电流时的负载阻值为RL＝100Ω ， 输出
电容为Cout＝10uF 。
使用上述条件可以画出相应的波特图（如图13：未补偿的LDO增益波特图） 。
可以看出回路是不稳定的 。 极点PL和P1每个都会产生－90°的相移 。 在0
dB处（此例为40kHz） ， 相移达到了－180°为了减少负相移（阻止振荡） ， 在
回路中必须要添加一个零点 。 一个零点可以产生＋90°的相移 ， 它会抵消两个低
频极点的部分影响 。
因此 ， 几乎所有的LDO都需要在回路中添加这个零点 。 该零点一般是通过
输出电容的等效串联电阻（ESR）获得的 。
使用ESR补偿LDO
等效串联电阻（ESR）是电容的一个基本特性 。 可以将电容表示为电阻与

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