CN104699162B - 一种快速响应的低压差线性稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速响应的低压差线性稳压器，包括带隙基准、运算放大器、反馈电阻串和功率管，带隙基准用于产生基准电压Vref并输入给运算放大器的负向输入端，反馈电阻串连接至运算放大器的正向输入端，反馈电阻串的一端接功率管的漏端，反馈电阻串的另一端接地，功率管的源端接VDD电源，功率管的栅端接运算放大器的输出端，还包括参考电压生成电路、NMOS管M1和PMOS管M2，参考电压生成电路的输入端接带隙基准，参考电压生成电路生成参考电压vbn和参考电压vbp。本发明解决了现有的低压差线性稳压器LDO功耗高的技术问题，本发明通过增加部分辅助电路，避免了过大的压降和过冲。

Description

一种快速响应的低压差线性稳压器
技术领域
本发明涉及一种快速响应的低压差线性稳压器LDO。
背景技术
一般LDO由带隙基准、运算放大器、反馈电阻串和调整功率管14管组成。带隙基准产生用于比较的基准电压Vref；反馈电阻串决定反馈系数；运算放大器调整功率管14管的栅极电压，
使反馈电压Vfb＝Vref＝Vout*R2/(R1+R2)。
所以LDO的输出电压Vout＝Vref*(R1+R2)/R2。通过增大运算放大器的静态电流Iq来提高LDO的响应速度，从而减小LDO输出的压降和过冲，并加快LDO输出电压的恢复速度。虽然这种做法能够避免LDO的输出有大的压降和大的过冲；以及加快LDO对其输出压降和大的过冲的响应速度；但是却增大了LDO的功耗。
发明内容
为了解决现有的低压差线性稳压器LDO功耗高的技术问题，本发明提供一种快速响应的低压差线性稳压器LDO。
本发明的技术解决方案：
一种快速响应的低压差线性稳压器，包括带隙基准16、运算放大器13、反馈电阻串15和功率管14，所述带隙基准用于产生基准电压Vref并输入给运算放大器13的负向输入端，所述反馈电阻串15连接至运算放大器的正向输入端，所述反馈电阻串15的一端接功率管14的漏端，所述反馈电阻串15的另一端接地，所述功率管14的源端接VDD电源，所述功率管14的栅端接运算放大器的输出端，其特征在于：还包括参考电压生成电路10、NMOS管M1和PMOS管M2，所述参考电压生成电路10的输入端接带隙基准，所述参考电压生成电路10生成参考电压vbn和参考电压vbp，参考电压vbn连接至NMOS管M1的栅端，参考电压vbp连接至PMOS管M2的栅端，所述NMOS管M1的漏端接VDD电源，所述NMOS管M1的源端与PMOS管M2的源端连接，所述PMOS管M2的漏端接地。
vbn＝Vout+Vthn+△V，vbp＝Vout-Vthp-△V，Vthn为NMOS管M1的阈值电压，Vthp为PMOS管M2的阈值电压；
其中△V要满足的条件为：
当Vout-Vout2>△V时，则NMOS管M1开启；
当Vout3-Vout>△V时，则PMOS管M2开启，
Vout2为输出电压Vout的压降值，Vout3为输出电压Vout的过冲值。
上述参考电压生成电路10包括vbn生成电路和vbp生成电路，所述vbn生成电路包括第一运算放大器22、PMOS管M3和第一分压电阻串21，所述第一运算放大器22的负向输入端接带隙基准，所述第一运算放大器22的正向输入端接分压电阻串21输出的反馈电压Vfb2，所述第一运算放大器22的输出端接PMOS管M3的栅端，所述PMOS管M3的源端接VDD电源，所述PMOS管M3的漏端接第一分压电阻串21的一端，所述第一分压电阻串21另一端接地,所述PMOS管M3的漏端输出参考电压vbn，
所述vbp生成电路结构和vbn生成电路结构相同，vbp生成电路包括第二运算放大器32、PMOS管M4和第二分压电阻串31。
上述vbn生成电路中的分压电阻串21包括依次串联的电阻R4和可变电阻R3，所述可变电阻R3的阻值满足：Vref＝vbn*R4/(R3+R4)；
与vbn生成电路相同，vbp生成电路中的第二分压电阻串31包括依次串联的电阻R5和可变电阻R6，所述可变电阻R6的阻值满足：Vref＝vbp*R5/(R6+R5)。
本发明所具有的优点：
1、本发明通过增加部分辅助电路(参考电压生成电路10、NMOS管M1和PMOS管M2)，避免了过大的压降和过冲。
2、本发明没有增加运算放大器的功耗。在运算放大器较低Iq的情况下，获得了较快的响应速度。
附图说明
图1为现有低压差线性稳压器的电路结构图；
图2为本发明低压差线性稳压器的电路结构图；
图3为参考电压生成电路的vbn生成电路结构图；
图4为参考电压生成电路的vbp生成电路结构图。
具体实施方式
本发明在原来的基础上面增加了参考电压生成电路，一个NMOS管M1，和一个PMOS管,M2。NMOS管M1的阈值电压为Vthn，PMOS管M2的阈值电压为Vthp。参考电压生成电路10产生参考电压vbn和vbp。其中vbn＝Vout+Vthn+△V，vbp＝Vout-Vthp-△V；△V是可以trim的值，可以根据应用需要调整。
正常工作时，运算放大器通过调整功率管14的栅极电压，保证Vref＝Vfb＝vout*R2/(R1+R2)，从而保证Vout＝Vref*(R1+R2)/R2；通过运算放大器13、分压电阻串15和功率管14组成的环路来调整Vout的值稳定。
如果LDO的输出电压Vout有一个压降变为Vout2，当压降值Vout-Vout2>△V时，NMOS管M1就会开启，VDD会通过NMOS管M1给Vout充电，加快Vout的恢复速度并减少Vout的压降值。
如果LDO的输出电压Vout有一个过冲变为Vout3，当过冲值Vout3-Vout>△V时，PMOS管M2就会开启，Vout会通过PMOS管12放电到地gnd，加快Vout的恢复速度并减少Vout的过冲值。
图3、图4是参考电压生成电路的一种实现形式。运放通过调整PMOS管M3的栅极电压来保证反馈电压Vfb2＝Vref＝vbn*R4/(R3+R4)；通过第一运算放大器22、PMOS管M3和第一分压电阻串21组成的环路，最终是输出vbn＝Vref*(R3+R4)/R4。反馈电阻串中的R3是可以trim调整的电阻，通过trimR3可以得到合适的vbn电压值。Vbp可以用和生成vbn一样的电路，通过设置不同的R5和R6的值来得到合适的vbp电压值。
与vbn生成电路相同，vbp生成电路中的第二分压电阻串31包括依次串联的电阻R5和可变电阻R6，第二运算放大器32调整PMOS管M4的栅极电压来保证反馈电压Vfb3＝Vref＝vbp*R5/(R6+R5)；通过第二运算放大器22、PMOS管M4和第二分压电阻串21组成的环路，最终是输出vbp＝Vref*(R6+R5)/R5。

Claims (4)

1.一种快速响应的低压差线性稳压器，包括带隙基准(16)、运算放大器(13)、反馈电阻串(15)和功率管(14)，所述带隙基准用于产生基准电压Vref并输入给运算放大器(13)的负向输入端，所述反馈电阻串(15)连接至运算放大器的正向输入端，所述反馈电阻串(15)的一端接功率管(14)的漏端，所述反馈电阻串(15)的另一端接地，所述功率管(14)的源端接VDD电源，所述功率管(14)的栅端接运算放大器的输出端，其特征在于：还包括参考电压生成电路(10)、NMOS管M1和PMOS管M2，所述参考电压生成电路(10)的输入端接带隙基准，所述参考电压生成电路(10)生成参考电压vbn和参考电压vbp，参考电压vbn连接至NMOS管M1的栅端，参考电压vbp连接至PMOS管M2的栅端，所述NMOS管M1的漏端接VDD电源，所述NMOS管M1的源端、PMOS管M2的源端与功率管(14)的漏端连接，所述PMOS管M2的漏端接地。
2.根据权利要求1所述的快速响应的低压差线性稳压器，其特征在于：
vbn＝Vout+Vthn+△V，vbp＝Vout-Vthp-△V，Vthn为NMOS管M1的阈值电压，Vthp为PMOS管M2的阈值电压；
其中△V要满足的条件为：
当Vout-Vout2>△V时，则NMOS管M1开启；
当Vout3-Vout>△V时，则PMOS管M2开启，
Vout2为输出电压Vout的压降值，Vout3为输出电压Vout的过冲值。
3.根据权利要求1或2所述的快速响应的低压差线性稳压器，其特征在于：所述参考电压生成电路(10)包括vbn生成电路和vbp生成电路，所述vbn生成电路包括第一运算放大器(22)、PMOS管M3和第一分压电阻串(21)，所述第一运算放大器(22)的负向输入端接带隙基准，所述第一运算放大器(22)的正向输入端接第一分压电阻串(21)输出的反馈电压Vfb2，所述第一运算放大器(22)的输出端接PMOS管M3的栅端，所述PMOS管M3的源端接VDD电源，所述PMOS管M3的漏端接第一分压电阻串(21)的一端，所述第一分压电阻串(21)另一端接地，所述PMOS管M3的漏端输出参考电压vbn，
所述vbp生成电路结构和vbn生成电路结构相同，vbp生成电路包括第二运算放大器(32)、PMOS管M4和第二分压电阻串(31)。
4.根据权利要求3所述的快速响应的低压差线性稳压器，其特征在于：所述vbn生成电路中的第一分压电阻串(21)包括依次串联的电阻R4和可变电阻R3，所述可变电阻R3的阻值满足：Vref＝vbn*R4/(R3+R4)；
与vbn生成电路相同，vbp生成电路中的第二分压电阻串(31)包括依次串联的电阻R5和可变电阻R6，所述可变电阻R6的阻值满足：Vref＝vbp*R5/(R6+R5)。
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