CN103760942B

CN103760942B - 适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路

Info

Publication number: CN103760942B
Application number: CN201410005594.5A
Authority: CN
Inventors: 李玮; 周烨; 陆俊嘉; 黄刚; 杨凡; 杨文昊
Original assignee: WUXI XINXIANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI XINXIANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: CN103760942A

Abstract

本发明公开了适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路，属于集成电路的技术领域，为缓冲器，输出电压瞬态变化感应电路、输出MOS管组成的闭环控制电路。以缓冲器的输入端为瞬态增强电路的输入端，输出电压瞬态变化感应电路的输入端为瞬态增强电路的输出端。利用本发明公开的瞬态增强电路可以实现无外接电容、自适应负载变化的低压差线性稳压器，瞬态增强电路利用电流镜电路原理将输出MOS管电流镜像反映到输出MOS管栅极的控制信号中，增强了低压差线性稳压器对负载变化的适应度。

Description

适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路

技术领域

本发明公开了适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路，属于集成电路的技术领域。

背景技术

电源管理单元是所有电池供电设备所必要的模块，它在便携式电池电子设备中越来越多的被使用，例如，它能降低蜂窝电话和PDA等便携式设备待机功耗，延长电池的运行时间。随着电池容量越来越大, 用户需求越来越高, 电源管理单元的应用越来越重要。低压差稳压器（LDO，Low Dropout Regulator）是最重要的电源管理模块，它能为对噪声敏感的模拟模块提供低噪声、高精度的电源电压。随着现代便携式设备的广泛应用，它们对低压差稳压器（LDO）的性能要求越来越严格。首先，低压差电压通过LDO的装置后需要提供较高的功率效率。此外，集成在便携式设备中的低压差稳压器（LDO），不仅要求它能提供高负载电流，也需要它的空载静态电流尽可能的达到最小以便使电流效率达到最高。良好的负载应具有小的输出电压变化，包括小的瞬态响应上冲和下冲，防止开关在至关重要的时候意外关闭。

因而针对性的提出一种具有输出瞬态响应速度快，自适应负载电流变化，无外接电容，静态功耗低的低压差线性稳压器将显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路，包括：

缓冲器，具有三个输入端以及输出端，第一输入端接误差信号，第二输入端接偏置电压，输出控制信号至输出MOS管的栅极；

输出电压瞬态变化感应电路，其输入端接输出MOS管的漏极，输出端与所述缓冲器的第三输入端连接；

所述缓冲器第一输入端为瞬态增强电路的输入端，输出电压瞬态变化感应电路的输入端为瞬态增强电路的输出端；控制信号随着输出MOS管电流的增大而镜像地增大，拉低输出MOS管栅极电压，增大输出MOS管电流；控制信号随着输出MOS管电流的减小而镜像地减小，拉高输出MOS管栅极电压，减小输出MOS管电流。

作为所述瞬态增强电路的进一步优化方案，输出电压瞬态变化感应电路包括：第三MOS管，第五、第六MOS管组成的第一共栅差分对，第七、第八MOS管组成的第二共栅差分对，第九MOS管，所述第六MOS管源极作为所述输出电压瞬态变化感应电路的输入端，所述第九MOS管漏极作为所述输出电压瞬态变化感应电路的输出端，其中：

所述第三MOS管，其源极接电源正输入端，栅极接所述输出MOS管栅极；

所述第五MOS管，其源极接所述第三MOS管漏极，

所述第六MOS管，其源极与所述输出MOS管漏极连接，漏极与栅极连接；

所述第七MOS管，其漏极与栅极、所述第五MOS管漏极连接，源极与电源负输入端连接；

所述第八MOS管，其漏极与所述第六MOS管漏极连接，源极与电源负输入端连接；

所述第九MOS管，其栅极与所述第七MOS管漏极连接，源极与电源负输入端连接；

所述第三、第五、第六MOS管为PMOS管，所述第七、第八MOS管为NMOS管。

作为所瞬态增强电路的进一步优化方案，所述缓冲器包括：第一、第二MOS管组成的第三共栅差分对，第十、第十一MOS管，所述第十一MOS管栅极作为所述缓冲器的第一输入端，所述第十MOS管栅极作为所述缓冲器的第二输入端，所述第二MOS管漏极作为缓冲器的第三输入端，其中：

所述第一MOS管，其源极接电源正输入端，漏极接所述输出MOS管栅极；

所述第二MOS管，其源极接电源正输入端，漏极与栅极连接；

所述第十MOS管，其漏极与所述第二MOS管漏极连接，源极与电源负输入端连接；

所述第十一MOS管，其源极与所述第一MOS管漏极连接，漏极接电源负输入端；

所述第一、第二、第十一MOS管为PMOS管，第十MOS管为NMOS管。

进一步的，包括运算放大器、瞬态增强电路的低压差线性稳压器中，运算放大器的第一输入端接参考电压，所述运算放大器的第二输入端接所述瞬态增强电路的输出端，所述运算放大器的输出端接所述瞬态增强电路的输入端。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：利用本发明公开的瞬态增强电路可以实现无外接电容、自适应负载变化的低压差线性稳压器，瞬态增强电路利用电流镜电路原理将输出MOS管电流镜像反映到输出MOS管栅极的控制信号中，增强了低压差线性稳压器对负载变化的适应度。

附图说明

图1 为利用利用本发明瞬态增强电路实现稳压输出的低压差线性稳压器框图。图中标号说明：M1-M11为第一至第十一MOS管。

图2为利用本发明瞬态增强电路具体电路图。

图3为利用本发明瞬态增强电路实现稳压输出的低压差线性稳压器的电流输出波形。

图4为利用本发明瞬态增强电路实现稳压输出的低压差线性稳压器的电压输出波形。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

现有技术中低压线性稳压器包括运算放大器、缓冲器以及输出MOS管，对于背景技术中提及的瞬态响应差的缺陷：本发明利用输出电压瞬态变化感应电路与缓冲器、输出MOS管组成的闭环系统实现瞬态增强的功能；再结合低压线性稳压器输出端与输入端连接组成的闭环系统实现输出量跟踪输入量。

适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路，如图1所示包括：缓冲器(buffer)，具有三个输入端以及输出端，第一输入端接误差信号Vop，第二输入端接偏置电压Vibias，输出控制信号至输出MOS管（即为第四MOS管）的栅极；

输出电压瞬态变化感应电路，其输入端接输出MOS管的漏极，输出端与缓冲器的第三输入端连接；

缓冲器第一输入端为瞬态增强电路的输入端，输出电压瞬态变化感应电路的输入端为瞬态增强电路的输出端；控制信号随着输出MOS管电流的增大而镜像地增大，拉低输出MOS管栅极电压，增大输出MOS管电流；控制信号随着输出MOS管电流的减小而镜像地减小，拉高输出MOS管栅极电压，减小输出MOS管电流。

一种低压差线性稳压器，包括运算放大器、所述瞬态增强电路的，运算放大器的第一输入端接参考电压Vref，运算放大器的第二输入端接瞬态增强电路的输出端Vout，运算放大器的输出端接瞬态增强电路的输入端。

如图2所示的瞬态增强电路，输出电压瞬态变化感应电路包括：第三MOS管M3，第五MOS管M5、第六MOS管M6组成的第一共栅删差分对，第七MOS管M7、第八MOS管M8组成的第二共栅差分对，第九MOS管M9，第六MOS管M6源极作为输出电压瞬态变化感应电路的输入端，第九MOS管M9漏极作为输出电压瞬态变化感应电路的输出端。第三MOS管M3，其源极接电源正输入端Vdd，栅极接输出MOS管M4栅极；第五MOS管M5，其源极接第三MOS管M3漏极，第六MOS管M6，其源极与输出MOS管M4漏极连接，漏极与栅极连接。第七MOS管M7，其漏极与栅极、第五MOS管M5漏极连接，源极与电源负输入端GND连接。第八MOS管M8，其漏极与第六MOS管M6漏极连接，源极与电源负输入端GND连接。第九MOS管M9，其栅极与第七MOS管M7漏极连接，源极与电源负输入端GND连接。第三MOS管M3、第五MOS管M5、第六MOS管M6为PMOS管，第七MOS管M7、第八MOS管M8为NMOS管。缓冲器包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2组成的第三共栅差分对，第十MOS管M10、第十一MOS管M11，第十一MOS管M11栅极作为缓冲器的第一输入端，第十MOS管M10栅极作为缓冲器的第二输入端，第二MOS管M2漏极作为缓冲器的第三输入端。第一MOS管M1，其源极接电源正输入端Vdd，漏极接输出MOS管M4栅极。第二MOS管M2，其源极接电源正输入端Vdd，漏极与栅极连接。第十MOS管M10，其漏极与第二MOS管M2漏极连接，源极与电源负输入端GND连接。第十一MOS管M11，其源极与第一MOS管M1漏极连接，漏极接电源负输入端GND。第一MOS管M1、第二MOS管M2、第十一MOS管M11为PMOS管，第十MOS管M10为NMOS管。

瞬态增强电路的工作原理：静态小电流情况下（比如负载电流小于1mA），输出电压瞬态变化感应电路基本保持休眠状态（不工作状态），当输出负载电流有突变（比如负载电流从1mA突然变成50mA），也就是流过输出MOS管M4的电流突然变成50mA，此时流过输出MOS管M4的电流是原来的50倍。由于第三MOS管M3是输出MOS管M4的镜像，也就是说第三MOS管M3此时流过的电流也是原来的50倍，这样导致第五、第六、第七、第八MOS管M5、M6、M7、M8组成的环路的电流也激增为原来50倍，由于第九MOS管M9是第七MOS管M7的镜像，那么流过第九MOS管M9的电流也激增为原来的50倍，第二MOS管M2的电流为第十MOS管M10电流和第九MOS管M9电流之和，第一MOS管M1是第二MOS管M2的镜像，所以此时第一MOS管M1的电流会迅速加大，导致第一MOS管M1的漏端（也就是输出MOS管M4的栅端）电位降低，这也就意味着输出MOS管M4可以输出更大的电流，输出Vout也更稳定。图3、图4为利用本发明瞬态增强电路实现稳压输出的低压差线性稳压器的输出电流、输出电压的波形图，输出电流参数的变化范围1mA-50mA，从图中可以看出上升沿和下降沿都是0.11uS，输出电压波形的瞬态波动不超过0.2mV ，恢复时间小于0.2uS。控制信号随着输出MOS管M4电流的增大而镜像地增大，拉低输出MOS管M4栅极电压，增大输出MOS管M4电流，控制信号随着输出MOS管M4电流的减小而镜像地减小，拉高输出MOS管M4栅极电压，减小输出MOS管M4电流。

综上所述，利用本发明公开的瞬态增强电路可以实现无外接电容、自适应负载变化的低压差线性稳压器，瞬态增强电路利用电流镜电路原理将输出MOS管电流镜像反映到输出MOS管栅极的控制信号中，增强了低压差线性稳压器对负载变化的适应度。

Claims

1.适用于低压差线性稳压器的瞬态增强电路，其特征在于包括：

所述缓冲器第一输入端为瞬态增强电路的输入端，所述输出电压瞬态变化感应电路的输入端为瞬态增强电路的输出端；所述控制信号随着输出MOS管电流的增大而镜像地增大，拉低输出MOS管栅极电压，增大输出MOS管电流；所述控制信号随着输出MOS管电流的减小而镜像地减小，拉高输出MOS管栅极电压，减小输出MOS管电流；

所述输出电压瞬态变化感应电路包括：第三MOS管，第五、第六MOS管组成的第一共栅差分对，第七、第八MOS管组成的第二共栅差分对，第九MOS管，所述第六MOS管源极作为所述输出电压瞬态变化感应电路的输入端，所述第九MOS管漏极作为所述输出电压瞬态变化感应电路的输出端，其中：

所述第五MOS管，其源极接所述第三MOS管漏极，

2.根据权利要求1所述的瞬态增强电路，其特征在于：所述缓冲器包括：第一、第二MOS管组成的第三共栅差分对，第十、第十一MOS管，所述第十一MOS管栅极作为所述缓冲器的第一输入端，所述第十MOS管栅极作为所述缓冲器的第二输入端，所述第二MOS管漏极作为缓冲器的第三输入端，其中：

所述第二MOS管，其源极接电源正输入端，漏极与栅极连接；

所述第一、第二、第十一MOS管为PMOS管，第十MOS管为NMOS管。

3.低压差线性稳压器，其特征在于包括：运算放大器、如权利要求1或2所述的瞬态增强电路，所述运算放大器的第一输入端接参考电压，所述运算放大器的第二输入端接所述瞬态增强电路的输出端，所述运算放大器的输出端接所述瞬态增强电路的输入端。