CN105094193B - 低压差稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压差稳压器。该低压差稳压器包括：放大器，包括正输入端、负输入端和输出端，正输入端用于接收反馈电压，负输入端用于接收参考电压，输出端用于根据反馈电压和参考电压输出第一电压；升压机构，与放大器相连接，用于根据第一电压得到第二电压并输出；以及调整管，与升压机构相连接，用于根据第二电压触发调整管本身的导通性得到输出电压。通过本发明，达到了在低电源电压的情况下，提高低压差稳压器的输出电压使之接近电源电压的效果。

Description

低压差稳压器

技术领域

本发明涉及稳压器领域，具体而言，涉及一种低压差稳压器。

背景技术

低压差稳压器是一个能够提供符合规定要求的稳定直流电压的器件，可以通过调节一个非常小的输入输出电压差来实现稳压的目的。一般地，低压差稳压器包括一个带隙，放大器和一个功率场效应晶体管FET′(N型场效应管NMOS或P型场效应管PMOS)。其中，功率场效应管FET的栅极连接到放大器的输出或放大器的缓冲区，而FET′的栅极电压一般低于FET′的漏极电压(NMOS管的VDD)，这将使低压差稳压器难以通过调节FET′以提高输出电压的电压值，因此难以满足在低电源电压下驱动大负载的要求。如果需要驱动大负载，则需要使用一个大尺寸的FET′。

图1是根据现有技术的低压差稳压器的电路示意图。如图1所示，该低压差稳压器包括一个带隙Bandgap′，放大器和一个功率场效应晶体管FET′，电阻R1′和电阻R2′组成分压器，从R1′和R2′之间采样得到反馈电压，并将反馈电压输出反馈到放大器的正输入端，该放大器EA′的负输入端接入带隙Bandgap′产生的参考电压Vref′，当功率场效应晶体管FET′为NMOS管时，输出电压VOUT′即为FET′的源极电压。由于放大器输出端输出的电压一般都不会高于电源S′电压，由于电路中元器件存在阈值电压，输出电压VOUT′通常会比电源电压小一些，难以将输出电压VOUT′的电压值提高到接近电源电压值，从而难以驱动大负载。

针对现有技术中在低电源电压的情况下，低压差稳压器的输出电压难以接近电源电压值的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种低压差稳压器，以解决现有技术中在低电源电压的情况下，低压差稳压器的输出电压难以接近电源电压值的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低压差稳压器。根据本发明的低压差稳压器包括：放大器，包括正输入端、负输入端和输出端，正输入端用于接收反馈电压，负输入端用于接收参考电压，输出端用于根据反馈电压和参考电压输出第一电压；升压机构，与放大器相连接，用于根据第一电压得到第二电压并输出；以及调整管，与升压机构相连接，用于根据第二电压触发调整管本身的导通性得到输出电压。

进一步地，调整管为场效应管，栅极与升压机构相连接，漏极与电源的正极相连接，源极端的端电压为输出电压，场效应管的栅极用于接收第二电压，并触发场效应管的漏极与源极之间的导通。

进一步地，升压机构包括：压控振荡器，与放大器的输出端相连接，用于根据第一电压得到振荡电压；时钟驱动器，包括输入端和输出端，时钟驱动器的输入端与压控振荡器相连接，用于接收振荡电压并输出振荡信号；以及电荷泵，连接在时钟驱动器的输出端和调整管之间，用于根据振荡信号得到第二电压。

进一步地，时钟驱动器的输出端包括第一输出端和第二输出端，振荡信号包括第一振荡信号和第二振荡信号，时钟驱动器的第一输出端输出第一振荡信号，第二输出端输出第二振荡信号，第一振荡信号和第二振荡信号之间互不干扰。

进一步地，电荷泵包括第一电荷泵和第二电荷泵，第一电荷泵和第二电荷泵均包括正接入端和反接入端，其中第一电荷泵的正接入端和第二电荷泵反接入端分别与时钟驱动器的第一输出端相连接，第一电荷泵的反接入端和第二电荷泵正接入端分别与时钟驱动器的第二输出端相连接。

进一步地，压控振荡器、时钟驱动器和电荷泵均包括电源接入端，均与统一电源相连接。

进一步地，第一电荷泵和第二电荷泵均用于进行周期性充放电，通过第一电荷泵和第二电荷泵的充放电转换得到第二电压。

进一步地，放大器为误差放大器，反馈电压为输出电压的采样电压。

进一步地，放大器用于将反馈电压和参考电压的差压进行放大得到第一电压。

进一步地，低压差稳压器还包括：第一电阻，包括第一接线端和第二接线端，第一接线端与场效应管的源极相连接，其中第一接线端处的端电压为输出电压；以及第二电阻，包括第三接线端和第四接线端，第三接线端与第二接线端和放大器的正输入端分别相连接，第四接线端接地或者接电源的负极，其中第三接线端处的端电压为反馈电压。

通过本发明，采用低压差稳压器包括：放大器，包括正输入端、负输入端和输出端，输出端输出第一电压；以及升压机构，与放大器相连接，用于根据第一电压得到第二电压并输出，第二电压用于触发并放大输出电压以提高输出电压，从而使得在低电源电压情况下输出接近于电源的输出电压，解决了在低电源电压的情况下，低压差稳压器的输出电压难以接近电源电压值的问题，进而达到了在低电源电压的情况下，提高低压差稳压器的输出电压使之接近电源电压的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的低压差稳压器的电路示意图；

图2是根据本发明实施例的低压差稳压器的电路示意图；

图3是根据本发明实施例的一种优选的低压差稳压器的电路示意图；

图4是根据本发明实施例的低压差稳压器的第一电压V1的波形图；

图5是根据本发明实施例的低压差稳压器的振荡电压V2的波形图；

图6是根据本发明实施例的低压差稳压器的第二电压V3的波形图；以及

图7是根据本发明实施例的低压差稳压器的输出电压VOUT的波形图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明实施例，提供了一种低压差稳压器。

图2是根据本发明实施例的低压差稳压器的电路示意图。如图2所示，该低压差稳压器包括放大器EA，升压机构VA和调整管F。放大器EA包括正输入端、负输入端和输出端，用于输出第一电压，该第一电压为放大器EA将输入端的参考电压Vref和反馈电压进行比较并放大后输出的电压。升压机构VA，与放大器EA相连接，用于根据第一电压得到第二电压并输出，第二电压是根据第一电压进行放大后的电压，可以是由第一电压直接升压得到的电压，也可以是将第一电压作为控制电压以产生控制信号，通过该控制信号将其他电压进行升压得到的第二电压。例如直流升压作用中，通过DC/DC转换将第一电压进行升压的到第二电压；或者将用第一电压作为基准电压产生一个震荡电压，如使用通过时钟驱动器和电荷泵等将电源电压进行升压得到第二电压。调整管F与升压机构VA相连接，该调整管F用于根据第二电压触发调整管本身的导通性得到输出电压VOUT。该调整管F与升压机构VA相连接，用于根据第二电压触发调整管F本身的耦合以对输出电压VOUT进行放大。该调整管F中，当触发电压升高时，调整管F对应的输出电压也升高。在本实施例中，第二电压为升高后的电压，因此输出电压VOUT也相应地增大。

由于第二电压为升压后的电压，其电压值大于电源电压，甚至可以为电源电压的几倍，从而补偿了由调整管F阈值电压所导致的压降，提高了输出电压VOUT，使得输出电压VOUT非常接近电源电压。

本实施例的低压差稳压器，在电源电压为低电压(如1V)时，通过采用升压机构VA根据比较器EA输出端的第一电压升高第二电压，根据第二电压与输出电压VOUT之间的关系，当第二电压越大，输出电压VOUT越接近电源电压，从而达到了提高输出电压VOUT，使得输出电压VOUT接近电源电压的效果。

优选地，调整管F为场效应管FET，栅极与升压机构VA相连接，漏极与电源的正极相连接，源极端的端电压为输出电压，场效应管FET的栅极用于接收第二电压，并触发场效应管FET的漏极与源极之间导通。通过第二电压的触发，场效应管FET的漏极和源极之间的导通，由于场效应管FET的漏极和源极之间的沟道电阻的大小与栅极所加电压有关，当栅极电压越大，漏极和源极之间的沟道电阻越小，漏极和源极之间的压降越小。因此，当场效应管FET接收的第二电压为经过放大后的电压，则场效应管FET的漏极和源极之间的压降减小，源极端的端电压增大，输出电压VOUT增大，使得低压差稳压器能够驱动大负载，而不用更换大型号的场效应管FET。图2中S为电源，Vref为参考电压，由带隙电路Bandgap产生。电阻R1和电阻R2组成分压电路，用于采集输出电压的反馈电压。

图3是根据本发明实施例的一种优选的低压差稳压器的电路示意图。

如图3所示，升压机构VA包括：压控振荡器VCO，时钟驱动器CD(clock driver)和电荷泵。压控振荡器VCO与放大器EA的输出端相连接，用于根据第一电压V1得到振荡电压V2。振荡电压V2为具有一定振荡频率的周期振荡电压，其振荡频率通过自身的反向单元获得。时钟驱动器CD包括输入端和输出端，时钟驱动器CD的输入端与压控振荡器VCO相连接，用于接收振荡电压V2并输出振荡信号，同时对振荡信号进行放大，其中，振荡信号可以是时钟信号。电荷泵连接在时钟驱动器CD的输出端和调整管F之间(即电荷泵连接在时钟驱动器CD的输出端和场效应管FET的栅极之间)，用于根据振荡信号对进行升压得到第二电压V3。时钟驱动器CD通过振荡电压V2获得振荡信号，并且，对该振荡信号进行放大，该振荡信号可以是时钟信号，将振荡信号提供给电荷泵进行升压，电荷泵本身具有升压作用，本实施例的第一电压V1是作为基准电压以控制振荡电压V2最终给获得驱动信号起到升压的作用。由于第二电压V3为经过电荷泵升压后得到的电压，因此通过调节电荷泵的升压作用能够很容易地使得第二电压V3超过场效应管FET的漏极电压也即是电源电压，在实际应用过程中，可以根据需求将第二电压V3升高到漏极电压的2倍或3倍，从而提高场效应管FET的源极电压，即输出电压VOUT。

优选地，振荡信号包括第一振荡信号和第二振荡信号，时钟驱动器CD包括第一输出端和第二输出端，其中，第一输出端输出第一振荡信号，第二输出端输出第二振荡信号，第一振荡信号和第二振荡信号之间互不干扰。时钟驱动器CD产生两路相互之间不干扰的振荡信号，作用于电荷泵，使得电荷泵自身工作不受信号的影响。

电荷泵包括第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2，第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2均包括正接入端和反接入端，其中第一电荷泵的正接入端和第二电荷泵pump2反接入端分别与时钟驱动器CD的第一输出端相连接，第一电荷泵pump1的反接入端和第二电荷泵pump2正接入端分别与时钟驱动器CD的第二输出端相连接。第一电荷泵pump1的正负输入端和第二电荷泵pump2的正负输入端，反向接入时钟驱动器CD的两输出端，使得第一电荷泵pump1通过内部场效应管和电容进行充放电，第二电荷泵pump2也通过内部场效应管和电容进行充放电，通过第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2协同工作升压得到第二电压V3。

优选地，第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2均用于通过内部场效应管和电容进行周期性充放电，通过第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2的充放电转换进行升压得到第二电压V3。可以通过调节第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2的充放电的时间，放大至需要的电压，得到第二电压V3。

低压差稳压器还包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1包括第一接线端和第二接线端，第一接线端与场效应管FET的源极相连接，其中第一接线端处的端电压为输出电压VOUT。第二电阻R2包括第三接线端和第四接线端，第三接线端与第二接线端和放大器EA的正输入端分别相连接，第四接线端接地或者接电源的负极，其中第三接线端处的端电压为反馈电压。由第一电阻R1和第二电阻R2组成的电压分压器，主要用于采集与输出电压VOUT具有一定比例关系的反馈电压，以供误差放大器EA输出第一电压V1。

下面结合图3对本方案实施例进行详细说明。

当本实施例的低压差稳压器工作时，反馈回路通过电阻R1和电阻R2组成的分压器，采集到输出电压VOUT的反馈电压，并输出到误差放大器EA的负输入端，与正输入端输入的参考电压进行比较并放大后输出第一电压V1，图4是根据本发明实施例的低压差稳压器的第一电压V1的波形图。电源电压为1V，如图4所示，低压差稳压器开始工作前，第一电压V1上升到某个固定的值后保持恒定。

压控振荡器VCO根据第一电压V1得到振荡电压V2，图5是根据本发明实施例的低压差稳压器的振荡电压V2的波形图。如图5所示，该振荡电压V2为具有一定振荡频率的振荡电压，该振荡电压用于驱动时钟驱动器CD，促使时钟驱动器CD输出两路反向的驱动信号，分别作用于第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2，根据第一电荷泵pump1和第二电荷泵pump2充放电配合对电源电压进行升压得到第二电压V3。图6是根据本发明实施例的低压差稳压器的第二电压V3的波形图，如图6所示，第二电压V3相对于第一电压V1有明显的电压值增大，此时第二电压V3恒定在2.5V左右。

通过第二电压V3触发场效应管FET使得输出电压VOUT得以提高，接近电源电压。图7是根据本发明实施例的低压差稳压器的输出电压VOUT的波形图。如图7所示，输出电压VOUT有明显的增大，并且保持稳定的电压值接近电源电压1V。通过本实施例的低压差稳压器，可以在不需要更换大型号的场效应管FET的前提下，提高输出电压VOUT使得输出电压VOUT接近电源电压，从而可以驱动大负载。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压差稳压器，其特征在于，包括：

放大器，包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端用于接收反馈电压，所述负输入端用于接收参考电压，所述输出端用于根据所述反馈电压和所述参考电压输出第一电压；

升压机构，与所述放大器相连接，用于根据所述第一电压得到第二电压并输出；以及

调整管，与所述升压机构相连接，用于根据所述第二电压触发所述调整管本身的导通性得到输出电压；

其中，所述升压机构包括：压控振荡器，与所述放大器的输出端相连接，用于根据所述第一电压得到振荡电压；

时钟驱动器，包括输入端和输出端，所述时钟驱动器的输入端与所述压控振荡器相连接，用于接收所述振荡电压并输出振荡信号；以及

电荷泵，连接在所述时钟驱动器的输出端和所述调整管之间，用于根据所述振荡信号得到所述第二电压，

所述电荷泵包括第一电荷泵和第二电荷泵，所述第一电荷泵和所述第二电荷泵均包括正接入端和反接入端，其中所述第一电荷泵的正接入端和所述第二电荷泵反接入端分别与所述时钟驱动器的第一输出端相连接，所述第一电荷泵的反接入端和所述第二电荷泵正接入端分别与所述时钟驱动器的第二输出端相连接。

2.根据权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述调整管为场效应管，栅极与所述升压机构相连接，漏极与电源的正极相连接，源极端的端电压为输出电压，所述场效应管的栅极用于接收所述第二电压，并触发所述场效应管的漏极与源极之间的导通。

3.根据权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述时钟驱动器的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述振荡信号包括第一振荡信号和第二振荡信号，所述时钟驱动器的第一输出端输出所述第一振荡信号，所述第二输出端输出所述第二振荡信号，所述第一振荡信号和所述第二振荡信号之间互不干扰。

4.根据权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述压控振荡器、所述时钟驱动器和所述电荷泵均包括电源接入端，均与统一电源相连接。

5.根据权利要求4所述的低压差稳压器，其特征在于，

所述第一电荷泵和所述第二电荷泵均用于进行周期性充放电，通过所述第一电荷泵和所述第二电荷泵的充放电转换得到所述第二电压。

6.根据权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述放大器为误差放大器，所述反馈电压为所述输出电压的采样电压。

7.根据权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述放大器用于将所述反馈电压和所述参考电压的差压进行放大得到所述第一电压。

8.根据权利要求2所述的低压差稳压器，其特征在于，所述低压差稳压器还包括：

第一电阻，包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端与所述场效应管的源极相连接，其中第一接线端处的端电压为所述输出电压；以及

第二电阻，包括第三接线端和第四接线端，所述第三接线端与所述第二接线端和所述放大器的正输入端分别相连接，所述第四接线端接地或者接电源的负极，其中所述第三接线端处的端电压为所述反馈电压。