CN103677038A

CN103677038A - 低压差线性稳压器

Info

Publication number: CN103677038A
Application number: CN201210347120.XA
Authority: CN
Inventors: 赵爽
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明提供了一种用于对负载提供稳定电压，并能够在启动状态时抑制其对负载速所提供的驱动电流中的浪涌电流的低压差线性稳压器。该低压差线性稳压器包括负载驱动电路，为负载提供驱动电压；反馈电路，根据驱动电压来输出与驱动电压相对应的反馈电压；差分放大电路，根据基准电压以及反馈电压得出差分放大电压，并提供给负载驱动电路一个输入电压，从而获取驱动电压；限流电路，在启动状态时控制输入电压，来限制与驱动电压相对应的驱动电流；浪涌电流抑制回路，在启动状态时防止驱动电压过冲，从而抑制驱动电流中的浪涌电流。

Description

低压差线性稳压器

技术领域

本发明涉及一种低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器可以在输入电压和/或负载在一定范围内变化时，提供直流稳定电压，且该电压的输入与输出之间的电压差较小。另外其静态电流小，成本低，噪音低，因此常常被用于如笔记本电脑、手机、移动DVD、MP3、照相机等采用移动电池的便携式电子设备中。而随着低压差线性稳压器的广泛应用，不论是在设计上，还是在工业生产中，对低压差线性稳压器所输出的电流的稳定性的要求也越来越高。

现有技术中的低压差线性稳压器由差分放大电路、负载驱动电路、反馈电路、以及限流电路构成。其通过限流电路来对负载驱动电路所输出的驱动电流进行实时镜像，从而限制负载驱动电路所输出的驱动电流，控制在预定值以内。当低压差线性稳压器工作时，如果负载驱动电路输出的驱动电流小于预定值时，限流电路将无控制动作；如果负载驱动电路输出的驱动电流大于或等于预定值时，限流电路将会控制负载驱动电路，从而抑制其输出的驱动电流。

但是，在低压差线性稳压器接通电源的瞬间（即低压差线性稳压器的启动开关EN（Enable）接通电源的瞬间负反馈环路还没有建立或没有完全建立，从而差分放大电路的输出端输出的经过放大后的差分放大电压很低，负载驱动电路输出的驱动电流相应会很大，而此时，限流电路还未建立响应时间，未能开启或未能完全开启，从而无法抑制负载驱动电路所输出的驱动电流的大小，结果导致此时负反馈回路和限流电路都无法控制负载驱动电路，导致其输出的电流中出现较大的浪涌电流。浪涌电流会对其周围器件或电路造成干扰等问题，所以在低压差线性稳压器接通电源瞬间，能够抑制其负载驱动电路输出的驱动电流中的浪涌电流成为迫切需要解决的课题。

图6是以前的低压差线性稳压器的结构示意图。如图6所示，现有技术中还有这样一个方案，低压差线性稳压器1采用负载驱动电路11、反馈电路12、差分放大电路13、限流电路14，并且其通过给限流电路14输入一个矩形信号来使得限流电路能够在某种程度上抑制在低压差线性稳压器在接通电源的瞬间所产生的浪涌电流。但是，该信号的加入还是无法完全消除低压差线性稳压器1在接通电源的瞬间其输出的驱动电流中的浪涌电流。

图7是以前的低压差线性稳压器1的仿真模拟曲线图。如图7所示，图中圆圈位置a和b所示，都有一个尖角，圆圈位置a中的尖角即表示浪涌电流，圆圈位置b中的尖角为造成圆圈位置a中的浪涌电流的过冲电压。显然，该种方案也没有完全解决在低压差线性稳压器接通电源的瞬间所输出的驱动电流中的浪涌电流。

本发明的目的在于提供一种低压差线性稳压器，在其启动状态时，即其接通电源的瞬间，抑制其输出的驱动电流中的浪涌电流，从而解决其浪涌电流对其周围器件或电路造成的不良干扰等问题。

发明内容

本发明为了解决以上课题，采用了以下结构。

本发明涉及一种用于对负载提供稳定电压的低压差线性稳压器，其特征在于，包括：负载驱动电路，为负载提供驱动电压；反馈电路，根据驱动电压来输出与驱动电压相对应的反馈电压；差分放大电路，根据基准电压以及反馈电压得出差分放大电压，并提供给负载驱动电路一个输入电压，从而获取驱动电压；限流电路，控制输入电压，从而来限制与所述驱动电压相对应的驱动电流；浪涌电流抑制回路，在启动状态时防止驱动电压过冲，从而抑制驱动电流中的浪涌电流。

发明作用于效果

本发明所提供的低压差线性稳压器，采用了一个浪涌电流抑制电路在限流电路还未建立起响应时间时抑制负载驱动电路输出的驱动电流中的浪涌电流，从而使得低压差线性稳压器在启动瞬间负载驱动电路所输出的驱动电流

保持稳定，从而解决浪涌电流对其周围器件或电路造成的不良干扰等问题。

附图说明

图1是本发明在实施例中的低压差线性稳压器的结构示意图；

图2是本发明在实施例中的低压差线性稳压器的电路示意图；

图3是本发明在实施例中的限流电路的结构示意图；

图4是本发明再实施例中的浪涌电流抑制电路的结构示意图；

图5是本发明在实施例中的低压差线性稳压器的仿真模拟曲线图；

图6是以前的低压差线性稳压器的结构示意图；

图7是以前的低压差线性稳压器的仿真模拟曲线图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于对负载提供稳定电压的低压差线性稳压器，其其作为实施形态可以包括负载驱动电路，为负载提供驱动电压；反馈电路，根据驱动电压来输出与驱动电压相对应的反馈电压；差分放大电路，根据基准电压以及反馈电压得出差分放大电压，并提供给负载驱动电路一个输入电压，从而获取驱动电压；限流电路，控制输入电压，从而来限制与驱动电压相对应的驱动电流；浪涌电流抑制回路，在启动状态时防止驱动电压过冲，从而抑制驱动电流中的浪涌电流。

作为一种具体的实施形态，本发明提供的低压差线性稳压器中负载驱动电路的输入端连接有差分放大电路的输出端和限流电路，输出端连接有反馈电路的输入端和负载；反馈电路的输出端与差分放大电路的正相输入端相连接；差分放大电路的反相输入端接受一个基准电压；浪涌电流抑制回路与限流电路连接。

此外，在该实施形态中，浪涌电流抑制回路是由两个非门、或非门、两个电容、两个电阻、恒流源、NMOS构成的电路，其中，两个非门分别被记作第一非门和第二非门，两个电容分别被记作第一电容和第二电容，两个电阻分别被记作第一电阻和第二电阻，

第一非门的输入端接受控制所述限流电路的控制信号，输出端连接有或非门的一个输入端以及第一电阻的一端；第一电阻的另一端连接第二非门的输入端以及第一电容的一端；第一电容的另一端接地；第二非门的输出端连接或非门的另一个输入端；或非门的输出端连接有所述第二电容的一端以及NMOS的栅极，其上还设有一个连接恒流源的输入端的端部；第二电容的另一端接地；恒流源的输出端接地；NMOS的源极连接第二电阻的一端，漏极连接限流电路中的电流电压交换电路的输入端；第二电阻的另一端接地。

下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细阐述。

图1是本实施例中的低压差线性稳压器的结构示意图。如图1所示，一种低压差线性稳压器100具有负载驱动电压110、反馈电路120、差分放大电路130、限流电路140、以及浪涌电流抑制电路150。该低压差线性稳压器100被用于驱动负载10。

图2是本实施例中的低压差线性稳压器的电路示意图。如图2所示，在低压差线性稳压器100中，负载驱动电路110由PMOS管构成。该PMOS管的栅极连接差分放大电路130的输出端，漏极连接标准工作电压（即VDD），源极连接有负载10的一端以及反馈电路120的输入端。将该PMOS的栅极作为该负载驱动电路110的输入端，记作Pgate。该负载驱动电路的功能在于为负载10提供驱动电压V_out。

反馈电路120由电阻R1、电阻R2以及电容C1构成。电阻R1的一端连接负载驱动电路的源极，其另一端连接有差分放大电路的正相输入端和电阻R2的一端。电阻R2的的另一端接地。电容C1的一端连接负载驱动电路110的源极，其另一端连接差分放大电路130的正相输入端。该反馈电路的功能在于根据负载驱动电路110所输出的驱动电压来输出一个反馈电压，该反馈电压与驱动电压成比例关系相对应。

差分放大电路130的反向输入端接受一个基准电压（VREF），从而将反馈电压与基准电压进行比较得出两者的差值，该差值再经过差分放大从而得到一个差分放大电压，该差分放大电压从差分放大电路130的输出端输出。

图3是本实施例中的限流电路的结构示意图。如图3所示，限流电路140具有镜像电路141、电流电压变换电路142、以及输出电路143构成。

其中，镜像电路141由NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、PMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、电阻R4构成。其中，PMOS管M6的栅极连接限流电路的输出端Pgate，源极连接VDD，漏极连接有NMOS管M1的栅极、NMOS管M1的漏极、NMOS管M2的栅极、NMOS管M2的漏极、以及NMOS管M3的栅极。NMOS管M1的源极连接NMOS管M7的漏极。NMOS管M7的栅极连接电阻R4的一端，源极接地。电阻R4的另一端接地。NMOS管M2的源极接地。NMOS管M3的源极连接NMOS管M8的漏极，漏极连接浪涌电流抑制回路150的输出端Vg。NMOS管M8的栅极用于接收控制限流电路的控制信号，即EN（Enable）信号，源极接地。

该镜像电路141与负载驱动电路110一起构成电流镜像结构。该镜像电路141的的输出电流与负载驱动电路输出的与驱动电压相对应的驱动电流I_out成镜像关系。

电流电压变换电路142由可调电阻R3、PMOS管M5、以及恒流源构成。其中，可调电阻R3的一端连接VDD，另一端连接有浪涌电流抑制回路150的输出端Vg以及镜像电路中的NMOS管M3的漏极。PMOS管M5的栅极也连接浪涌电流抑制回路150的输出端Vg以及镜像电路中的NMOS管M3的漏极，其源极连接VDD，漏极连接有恒流源的一端以及输出电路143的输入端，恒流源的另一端接地。显然Vg可以被作为该电流电压变换电路142的输入端。该电路在驱动电流大于预定值时，其输出电压即图3中PMOS管M5的源极与输出电路的输入端相连接的线路上的Vctl处与地之间的电压随着镜像电流的增大而增大。

输出电路143由NMOS管M4构成。该NMOS管M4的栅极被作为输出电路143的输入端，连接有电流电压变换电路142中的PMOS管M5的漏极以及恒流源的一端，其漏极连接VDD，源极连接负载驱动电路的输入端Pgate以及PMOS管M6的栅极。该输出电路143的输出电压，即Pgate与地之间的电压，在负载驱动电路所输出的驱动电流大于预定值时，该输出电压的变化趋势与电流电压变换电路的输出电压的变化趋势相一致，即也随着镜像电流的增大而增大。

从而该限流电路根据负载驱动电路所输出的驱动电流I_out来通过Pgate对地的电压对负载驱动电路进行控制，从而来限制驱动电流。

浪涌电流抑制电路150的功能在于在限流电路140在启动状态下（即低压差线性稳压器接通电源的瞬间，也就是低压差线性稳压器从不工作状态转变为工作状态的瞬间），建立响应时间时提供一个浪涌来抑制负载驱动电路所输出的驱动电流中的浪涌电流。该浪涌电流抑制信号的发出时间对应于限流电路140的响应时间。从而能够在限流电路还未建立响应时间时抑制掉驱动电流中的浪涌电流，使得驱动电流变得稳定。

图4是本实施例中的浪涌电流抑制电路的结构示意图。如图4所示，浪涌电流抑制电路150由信号发生电路151以及信号输出控制电路152构成的总电路来实现以上功能的。信号发生电路151是通过采用具有非门INV1、电阻R5、电容C2、非门INV2、或非门OR、恒流源、电容C3构成的电路。信号输出控制电路152是由NMOS管M9以及电阻R6构成的电路。

信号发生电路151中，非门INV1的输入端接收控制限流电路140的控制信号，即EN信号，其输出端连接有或非门OR的一个输入端以及电阻R5的一端。电阻R5的另一端连接有非门INV2的输入端以及电容C2的一端。电容C2的另一端接地。非门INV2的输出端连接或非门OR的另一个输入端。或非门OR上还设有一个连接端连接恒流源的一端，该或非门OR的输出端连接有电容C3的一端以及信号输出控制电路152的输入端。而恒流源的另一端接地，电容C3的另一端也接地。EN信号通过该信号发生电路151后输出一个梯形的信号RC-CNL1。

信号输出控制电路中，NM OS管M9的栅极作为该信号输出控制电路152的输入端来接收信号RC-CNL1。NMOS管M9的源极连接电阻R5的一端，漏极为该浪涌电流抑制回路150的输出端Vg。电阻R5的另一端接地。

当输入信号发生电路151的接收的信号的逻辑输入为“0”时，即EN信号为低电位，该EN信号输入非门INV1后，非门INV1输出一个逻辑输出“1”。电阻R5和电容C2构成了一个延迟电路，由电阻R5来控制电容C2的充电或放电电流，从而可以调整电容C2的充电或放电时间，起到信号延迟的效果。这时对于或非门OR的一端输入端的逻辑输入为“1”，从而该非门OR的逻辑输出为“0”，从而输出一个低电位。信号输出控制电路152中的NMOS管M9无法导通，从而无信号输入给Pgate。

当输入信号发生电路151的接收的信号的逻辑输入为“0”变为“1”时，即EN信号变为高电位，此时即为该低压差线性稳压器接通电源的瞬间。该EN信号输入非门INV1后，非门INV1输出一个逻辑输出“0”，即非门INV1输出一个低电位。电容C2开始放电，电阻R5可以控制电容C2的放电电流，从而可以调整电容C2的放电时间，该电容C2放电未完成的过程中，非门INV2的逻辑输入还保持为“1”，从而非门INV2的逻辑输出为“0”。从而或非门OR的两个输入端分别输入的逻辑输入为“0”和“0”，从而该或非门OR的逻辑输出为“1”，从而输出一个高电位。由于恒流源限定了电流，电容C3和恒流源保证了或非门OR所输出的高电位对电容放电，即，该高电位放电的过程中电位下降平缓，从而使得信号发生电路151所输出的信号RC-CNL1为图5中的RC-CNL1信号的形状。而从或非门OR的逻辑输出为“1”开始，信号输出控制电路152中的NMOS管M9导通，从而RC-CNL1信号与限流电路相结合，抑制了负载驱动电路所输出的驱动电流中的浪涌电流。

当电容C2放电完成后，非门INV2的逻辑输入变为“0”，从而非门INV2的逻辑输出变为“1”。或非门OR的两个输入端分别输入的逻辑输入为“0”和“1”，其逻辑输出变为“0”，NMOS管M9无法导通，无信号输入给Pgate。

图5是本实施例中的低压差线性稳压器的仿真模拟曲线图，如图5所示，对低压差线性稳压器100进行仿真模拟，在低压差线性稳压器100处于接通电源的瞬间，EN信号突然开启时(即低压差线性稳压器100开启，从不工作状态变为工作状态的瞬间)，浪涌电流抑制电路150的信号发生电路151所输出的RC-CNL1信号为一个直角梯形，T1与T2的和为该浪涌电流抑制信号的输出时间，该时间对应于限流电路的响应时间。在时间段T1一般只需维持一段时间，在上电瞬间将Pgate固定一个中间电位即可（本例中5us左右），而T2的时间段为电容C3

放电的时间段，在该时间段内该RC-CNL1信号缓慢下降，从而使得Pgate处的电压从T1时固定的中间电位开始平缓下降，该时间段T2的长短以Pgate处不产生过冲电压为准。一般来说，T2的时间越长，Pgate下降的幅度越平缓，越不易产生向下的过冲电压。

如图5中的圆圈部分c和d所示，圆圈部分c对应于以前的低压差线性稳压器模拟仿真的曲线中具有一个代表浪涌电流的尖角的圆圈部分a，圆圈部分d对应于以前的低压差线性稳压器模拟仿真的曲线中的与圆圈部分b，可见，圆圈部分c和d中都无尖角出现，且低压差线性稳压器100提供的驱动电流曲线和Pgate处的电位曲线都趋于平缓，足以证明，采用本实施例所提供的低压差线性稳压器100，原有的浪涌电流现在已经完全消失，驱动电流的稳定性得到了很好的改善。实施例作用与效果

综上所述，低压差线性稳压器100结构简单，组装方便，且由于采用了一个浪涌电流抑制回路与限流电路连接，从而使得该低压差线性稳压器100在接通电源的瞬间（即启动状态下），所输出的驱动电流中的浪涌电流完全消失，从而解决其浪涌电流对其周围器件或电路造成的不良干扰等问题。

Claims

1.一种用于对负载提供稳定电压的低压差线性稳压器，其特征在于，包括：

负载驱动电路，为所述负载提供驱动电压；

反馈电路，根据所述驱动电压来输出与所述驱动电压相对应的反馈电压；

差分放大电路，根据基准电压以及所述反馈电压得出差分放大电压，并提供给所述负载驱动电路一个输入电压，从而获取所述驱动电压；

限流电路，控制所述输入电压，从而限制与所述驱动电压相对应的驱动电流；

浪涌电流抑制回路，在启动状态时防止所述驱动电压过冲，从而抑制所述驱动电流中的浪涌电流。

2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于：

其中，所述负载驱动电路的输入端连接有所述差分放大电路的输出端和所述限流电路，输出端连接有所述反馈电路的输入端和所述负载；

反馈电路的输出端与所述差分放大电路的正相输入端相连接；

所述差分放大电路的反相输入端接受一个所述基准电压；

所述浪涌电流抑制回路与所述限流电路连接。

3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征在于：

其中，所述浪涌电流抑制回路是由两个非门、或非门、两个电容、、两个电阻、恒流源、NMOS构成的电路，所述两个非门分别被记作第一非门和第二非门，所述两个电容分别被记作第一电容和第二电容，所述两个电阻分别被记作第一电阻和第二电阻，

所述第一非门的输入端接受控制所述限流电路的控制信号，输出端连接有所述或非门的一个输入端以及所述第一电阻的一端；

所述第一电阻的另一端连接所述第二非门的输入端以及所述第一电容的一端；

所述第一电容的另一端接地；

所述第二非门的输出端连接所述或非门的另一个输入端；

所述或非门的输出端连接有所述第二电容的一端以及所述NMOS的栅极，其上还设有一个连接所述恒流源的输入端的端部；第二电容的另一端接地；

所述恒流源的输出端接地；

所述NMOS的源极连接第二电阻的一端，漏极连接限流电路中的电流电压交换电路的输入端；

所述第二电阻的另一端接地。