CN102393778B

CN102393778B - 低压差线性稳压电路及系统

Info

Publication number: CN102393778B
Application number: CN201110252483.0A
Authority: CN
Inventors: 黄俊维
Original assignee: IPGoal Microelectronics Sichuan Co Ltd
Current assignee: IPGoal Microelectronics Sichuan Co Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: CN102393778A; US20130049722A1

Abstract

一种低压差线性稳压电路，包括一电源端、一基准电压端、一输出端、一负载及一接地端，所述低压差线性稳压电路还包括一连接于电源端与负载之间用于调整输出端输出的电压值的快通道电路及一连接于电源端与负载之间用于稳定输出端输出的电压值的慢通道电路，快通道电路与慢通道通路共同连接输出端，慢通道电路与基准电压端相连，所述快通道电路包括一第一场效应管及一与所述第一场效应管相连的控制子电路，所述慢通道电路包括一与所述基准电压端相连的运算放大器、一与所述运算放大器相连的第一电阻、一与所述第一电阻相连的第二电阻及所述第一场效应管。本发明还提供一种低压差线性稳压系统。本发明结构简单，降低了功耗且保证了输出精度。

Description

低压差线性稳压电路及系统

技术领域

本发明涉及一种稳压电路及系统，尤指一种能够省掉外部的解耦电容的低压差线性稳压电路及系统。

背景技术

LDO（low dropout regulator）是一种低压差线性稳压器，其具有低噪声及易于集成等优点，广泛应用于电子系统中。

请参阅图1，图1为现有的LDO的电路结构，其中opamp为单级运算放大器，MP为场效应管，电阻R11和电阻R22构成反馈电路。由于这种LDO结构的带宽比较低，因而在电源电压VDD’或者负载ILOAD快速变化时，输出端VOUT’将会引起很大的过冲或者下降，且需要较长的时间才能恢复到正常的输出值，这将极大的降低系统性能，甚至使系统不工作。为解决此问题，通常在输出端VOUT’连接一接地的解耦电容CO，其电容值通常在微法级，这样在电源电压VDD’或者负载ILOAD快速变化时，电容CO能够吸收或者提供电荷，以保证输出端VOUT’的输出值在正确的范围内，由该LDO结构可以推出：VOUT’=VREF’*（R11+R22）/R22，其中VREF’为基准电压。

然而在现代电子系统中为了使得电路板更加紧凑和节约成本，希望能够节省掉外部的解耦电容CO，因而在设计LDO电路时通常将其环路带宽设计的很大而环路增益设计的很低以提高LDO的响应速度。然而这样会存在以下两个问题：1、大环路带宽会有大的功耗；2、低增益会降低输出精度。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种能够降低功耗、保证输出精度且能够省掉外部解耦电容的低压差线性稳压电路及系统。

一种低压差线性稳压电路，包括一电源端、一基准电压端、一输出端、一负载及一与所述负载相连的接地端，所述低压差线性稳压电路还包括一连接于所述电源端与所述负载之间用于调整所述输出端输出的电压值的快通道电路及一连接于所述电源端与所述负载之间用于稳定所述输出端输出的电压值的慢通道电路，所述快通道电路与所述慢通道通路共同连接所述输出端，所述慢通道电路与所述基准电压端相连，所述快通道电路包括一第一场效应管及一与所述第一场效应管相连的控制子电路，所述慢通道电路包括一与所述基准电压端相连的运算放大器、一与所述运算放大器相连的第一电阻、一与所述第一电阻相连的第二电阻及所述第一场效应管。在本发明低压差线性稳压系统的其他实施方式中，该快通道电路还可以包括其他用于实现该快通道电路作用的元件或电路；该慢通道电路还可以包括其他用于实现该慢通道电路作用的元件或电路。

一种低压差线性稳压系统，包括一电源端、一基准电压端、一输出端、一负载及一与所述负载相连的接地端，所述低压差线性稳压系统还包括一连接于所述电源端与所述负载之间用于调整所述输出端输出的电压值的快通道电路及一连接于所述电源端与所述负载之间用于稳定所述输出端输出的电压值的慢通道电路，所述快通道电路与所述慢通道通路共同连接所述输出端，所述慢通道电路与所述基准电压端相连。

相对现有技术，本发明低压差线性稳压电路及系统通过快通道电路对电源端或负载的快速变化作出快速反应，以迅速将输出端输出的电压值调整至正确值，并通过慢通道电路在电源端或负载没有变化时稳定输出端输出的电压值，结构简单，降低了功耗且保证了输出端的输出精度。

附图说明

图1为现有技术中低压差线性稳压电路的电路图。

图2为本发明低压差线性稳压系统较佳实施方式的系统架构图。

图3为本发明低压差线性稳压电路较佳实施方式的电路图。

具体实施方式

请参阅图2，本发明低压差线性稳压系统较佳实施方式包括一电源端VDD、一与该电源端VDD相连的快通道电路、一与该电源端VDD相连的慢通道电路、一与该慢通道电路相连的基准电压端VREF、一与该快通道电路及该慢通道电路相连的输出端VOUT、一负载LOAD及一接地端GND。其中，该快通道电路包括一第一场效应管M1及一控制子电路a1，该慢通道电路包括一运算放大器OP、一第一电阻R1、一第二电阻R2及该第一场效应管M1。该快通道电路用于对该电源端VDD或该负载LOAD的快速变化作出快速反应，以迅速将该输出端VOUT输出的电压值调整至正确值；该慢通道电路用于在该电源端VDD或该负载LOAD没有变化时稳定该输出端VOUT输出的电压值。在本发明低压差线性稳压系统的其他实施方式中，该快通道电路还可以包括其他用于实现该快通道电路作用的元件或电路；该慢通道电路还可以包括其他用于实现该慢通道电路作用的元件或电路。

本发明低压差线性稳压系统较佳实施方式的连接关系如下：该电源端VDD与该第一场效应管M1的源级相连，该第一场效应管M1的栅极与该运算放大器OP的一输出端及该控制子电路a1的一端相连，该第一场效应管M1的漏极与该控制子电路a1的另一端、该第一电阻R1的一端、该负载LOAD的一端及该输出端VOUT相连。该运算放大器OP的一正相输入端与该第一电阻R1的另一端及该第二电阻R2的一端相连，该运算放大器OP的一反相输入端与该基准电压端VREF相连，该第二电阻R2的另一端及该负载LOAD的另一端共同连接该接地端GND。

请参阅图3，图3为本发明低压差线性稳压电路的具体电路图。其中，该慢通道电路除了包括第一场效应管M1、运算放大器OP、第一电阻R1及第二电阻R2之外，还包括一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一第八场效应管M8、一第九场效应管M9及一第十场效应管M10。该快通道电路包括一第一通路及一第二通路，该第一通路包括一第一电容C1、第一场效应管M1、第二场效应管M2、第六场效应管M6及第七场效应管M7，该第二通路包括一第二电容C2、第三场效应管M3、第二场效应管M2及第一场效应管M1。即在图3中，该控制子电路a1包括第一电容C1、第二电容C2、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第六场效应管M6及第七场效应管M7，其中第一电容C1、第一场效应管M1、第二场效应管M2、第六场效应管M6及第七场效应管M7形成第一通路，第二电容C2、第三场效应管M3、第二场效应管M2及第一场效应管M1形成第二通路。

本发明低压差线性稳压电路的具体电路连接关系如下：该第一场效应管M1的栅极与该第二场效应管M2的漏极、该第六场效应管M6的漏极、该第四场效应管M4的漏极及该第二电容C2的一端相连，该第一场效应管M1的漏极与该第三场效应管M3的源级、该第一电容C1的一端及该负载LOAD的一端相连。该第二场效应管M2的栅极连接一第一电压端VBP1，该第三场效应管M3的栅极与该第九场效应管M9的栅极、漏极、该第十场效应管M10的漏极及一电压控制端VSET相连，该第三场效应管M3的漏极与该第四场效应管M4的源级、该第二电容C2的另一端及该第五场效应管M5的漏极相连。该第四场效应管M4的栅极与该第六场效应管M6的栅极共同连接一第二电压端VBN1。该第五场效应管M5的栅极、该第七场效应管M7的栅极及该第十场效应管M10的栅极共同连接一第三电压端VBN2。该第六场效应管M6的源级与该第七场效应管M7的漏极及该第一电容C1的另一端相连。该第八场效应管M8的栅极与该运算放大器OP的一输出端相连，该第八场效应管M8的漏极与该第一电阻R1的一端、该第九场效应管M9的源级及一输出控制端VOUT1相连。该运算放大器OP的一正相输入端与该第一电阻R1的另一端及该第二电阻R2的一端相连，该运算放大器OP的一反相输入端与该基准电压端VREF相连。该第一场效应管M1的源级、该第二场效应管M2的源级及该第八场效应管M8的源级共同连接该电源端VDD。该第二电阻R2的另一端、该第十场效应管M10的源级、该第七场效应管M7的源级、该第五场效应管M5的源级及该负载LOAD的另一端共同连接该接地端GND。

本发明低压差线性稳压电路及系统的工作原理如下：

在电源端VDD和负载LOAD都较稳定的时候，由该慢通道电路确定该输出端VOUT输出的电压值。根据图3，可以计算出该输出控制端VOUT1的电压值VOUT1=VREF*（R1+R2）/R2，而电压控制端VSET的电压值VSET=VOUT1-VGS（M9），根据计算出的电压值VSET，并通过由该第二场效应管M2、该第三场效应管M3、该第四场效应管M4、该第五场效应管M5及该第一场效应管M1构成的环路来确定输出端VOUT输出的电压值，该输出端VOUT输出的电压值VOUT=VSET+VGS（M3），为了使得VOUT=VOUT1，就需要使得VGS（M3）=VGS（M9），因此可以通过调节流过该第三场效应管M3与该第九场效应管M9的电流以及该第三场效应管M3与该第九场效应管M9的尺寸来确定该输出端VOUT输出的电压值。其中VGS（M9）代表该第九场效应管M9的栅源电压，VGS（M3）代表该第三场效应管M3的栅源电压。

在电源端VDD和负载LOAD快速变化的时候，会导致该输出端VOUT上的电流突然增大或减小。以负载LOAD快速变化为例。

在负载LOAD快速变化时，当该输出端VOUT上的电流突然增大，则该输出端VOUT的电压会有下降的趋势，此时该第三场效应管M3与该第一电容C1都会同时检测到该输出端VOUT的变化。由于该第三场效应管M3连接成共栅结构具有较快的反应速度，其在很短的时间内会将该输出端VOUT电压的下降信息传达至该第二电容C2，而电容有一特性，就是在其一端增加或降低多少的电压幅度，则在电容的另一端会有同样大小的电压幅度的增减，该第二电容C2的一端连接到该第一场效应管M1的栅极，因而该第一场效应管M1的栅极电压会降低，即该第一场效应管M1的栅源电压VGS（M1）会很快增加，且流过该第一场效应管M1的电流很快增大，从而快速的跟上负载LOAD的变化；同样地，该第一电容C1会快速引起该第六场效应管M6的源极电压下降，而使得该第六场效应管M6的栅源电压VGS（M6）增大而增大流过的电流，这样可使得该第一场效应管M1的栅极电压迅速被流过该第六场效应管M6的电流拉低，同样地流过该第一场效应管M1的电流增加，从而快速的跟上负载的变化。

当该输出端VOUT上的电流突然减小，则该输出端VOUT的电压会有上升的趋势，此时该第三场效应管M3与该第一电容C1都会同时检测到该输出端VOUT的变化。由于该第三场效应管M3连接成共栅结构具有较快的反应速度，其在很短的时间内会将该输出端VOUT电压的上升信息传达至该第二电容C2，而电容有一特性，就是在其一端增加或降低多少的电压幅度，则在电容的另一端会有同样大小的电压幅度的增减，该第二电容C2的一端连接到该第一场效应管M1的栅极，因而该第一场效应管M1的栅极电压会上升，即该第一场效应管M1的栅源电压VGS（M1）会很快减小，且流过该第一场效应管M1的电流很快减小，从而快速的跟上负载LOAD的变化；同样地，该第一电容C1会快速引起该第六场效应管M6的源极电压上升，而使得该第六场效应管M6的栅源电压VGS（M6）减小而减小流过的电流，这样可使得该第一场效应管M1的栅极电压迅速被流过该第六场效应管M6的电流拉高，同样地流过该第一场效应管M1的电流减小，从而快速的跟上负载的变化。

其中，在本实施方式中，该第一电容C1连接于该输出端VOUT与一第二连接端V2之间，该第二电容C2连接于一第一连接端V1与一第三连接端V3之间。在电源端VDD和负载LOAD都较稳定的时候，不消耗功耗，在电源端VDD和负载LOAD快速变化的时候，可以作出快速响应，节省了功耗。

在其他实施方式中，可以任意在该第一连接端V1与该第二连接端V2之间、该第一连接端V1与该输出端VOUT之间、该第一连接端V1与该第三连接端V3之间及该第二连接端V2与该输出端VOUT之间连接电容来形成快通道。

另外，在本实施方式中，该快通道电路包括第一通路及第二通路，在其他实施方式中该第一通路可以省去，只利用第二通路来实现快通道电路的作用。

本发明低压差线性稳压电路及系统通过快通道电路对电源端VDD或负载LOAD的快速变化作出快速反应，以迅速将输出端VOUT输出的电压值调整至正确值，并通过慢通道电路在电源端VDD或负载LOAD没有变化时稳定输出端VOUT输出的电压值，结构简单，降低了功耗且保证了输出端的输出精度。

Claims

1.一种低压差线性稳压电路，包括一电源端、一基准电压端、一输出端、一负载及一与所述负载相连的接地端，其特征在于：所述低压差线性稳压电路还包括一连接于所述电源端与所述负载之间用于调整所述输出端输出的电压值的快通道电路及一连接于所述电源端与所述负载之间用于稳定所述输出端输出的电压值的慢通道电路，所述快通道电路与所述慢通道电路共同连接所述输出端，所述慢通道电路与所述基准电压端相连，所述快通道电路包括一第一场效应管及一与所述第一场效应管相连的控制子电路，所述慢通道电路包括一与所述基准电压端相连的运算放大器、一与所述运算放大器相连的第一电阻、一与所述第一电阻相连的第二电阻及所述第一场效应管；所述慢通道电路还包括一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管及一第十场效应管，所述控制子电路包括一第一电容、一第二电容、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第六场效应管及所述第七场效应管，其中所述第一电容、所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第六场效应管及所述第七场效应管形成一第一通路，所述第二电容、所述第三场效应管、所述第二场效应管及所述第一场效应管形成一第二通路；所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极、所述第四场效应管的漏极及所述第二电容的一端相连，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极、所述第一电容的一端及所述负载的一端相连；所述第二场效应管的栅极连接一第一电压端，所述第三场效应管的栅极与所述第九场效应管的栅极、漏极、所述第十场效应管的漏极及一电压控制端相连，所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极、所述第二电容的另一端及所述第五场效应管的漏极相连，所述第四场效应管的栅极与所述第六场效应管的栅极共同连接一第二电压端；所述第五场效应管的栅极、所述第七场效应管的栅极及所述第十场效应管的栅极共同连接一第三电压端，所述第六场效应管的源极与所述第七场效应管的漏极及所述第一电容的另一端相连，所述第八场效应管的栅极与所述运算放大器的一输出端相连，所述第八场效应管的漏极与所述第一电阻的一端、所述第九场效应管的源极及一输出控制端相连；所述运算放大器的一正相输入端与所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的一端相连，所述运算放大器的一反相输入端与所述基准电压端相连，所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极及所述第八场效应管的源极共同连接所述电源端，所述第二电阻的另一端、所述第十场效应管的源极、所述第七场效应管的源极、所述第五场效应管的源极及所述负载的另一端共同连接所述接地端。

2.一种低压差线性稳压系统，包括一电源端、一基准电压端、一输出端、一负载及一与所述负载相连的接地端，其特征在于：所述低压差线性稳压系统还包括一连接于所述电源端与所述负载之间用于调整所述输出端输出的电压值的快通道电路及一连接于所述电源端与所述负载之间用于稳定所述输出端输出的电压值的慢通道电路，所述快通道电路与所述慢通道电路共同连接所述输出端，所述慢通道电路与所述基准电压端相连；所述快通道电路包括一第一场效应管及一与所述第一场效应管相连的控制子电路，所述慢通道电路包括一与所述基准电压端相连的运算放大器、一与所述运算放大器相连的第一电阻、一与所述第一电阻相连的第二电阻及所述第一场效应管；所述控制子电路包括一第一电容、一第二电容、第二场效应管、第三场效应管、第六场效应管及第七场效应管，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的源极、所述第一电容的一端及所述负载的一端相连，所述第一电容的另一端与所述第六场效应管的源极及所述第七场效应管的漏极相连，所述第二电容的一端、所述第一场效应管的栅极、所述第二场效应管的漏极及所述第六场效应管的漏极相连，所述第二电容的另一端与所述第三场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的栅极连接一第一电压端，所述第二场效应管的源极与所述电源端连接，所述第三场效应管的栅极与一电压控制端相连，所述第六场效应管的栅极与一第二电压端连接，所述第七场效应管的栅极与一第三电压端连接，所述第七场效应管的源极连接所述接地端。

3.如权利要求2所述的低压差线性稳压系统，其特征在于：所述电源端与所述第一场效应管的源极相连，所述第一场效应管的栅极与所述运算放大器的一输出端及所述控制子电路的一端相连，所述第一场效应管的漏极与所述控制子电路的另一端、所述第一电阻的一端、所述负载的一端及所述输出端相连。

4.如权利要求3所述的低压差线性稳压系统，其特征在于：所述运算放大器的一正相输入端与所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的一端相连，所述运算放大器的一反相输入端与所述基准电压端相连，所述第二电阻的另一端及所述负载的另一端共同连接所述接地端。