CN105183067B - 应用电荷泵的高压ldo - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用电荷泵的高压LDO，其包括内部LDO模块、电荷泵、压控振荡器、调制器、高压LDNMOS管和反馈电压采样电路，高压LDNMOS管的漏极连接输入电压，高压LDNMOS管的源极为高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输入端连接至高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输出端依次连接调制器、压控振荡器和电荷泵，电荷泵的输出端连接高压LDNMOS管的栅极。本发明将反馈电压采样电路输出的反馈电压通过调制器产生反馈信号来控制压控振荡器生成不同占空比的可变频率，从而让电荷泵输出适应不同栅极电压的输出，从而达到调整输出电压和输出电流的目的，对于高压LDNMOS管应用后芯片的尺寸降低了一半，并且可以对输出电压进行全范围调节。
Description
技术领域
本发明涉及高压LDO，具体是一种应用电荷泵的高压LDO。
背景技术
目前的LDO（低压差线性稳压器）设计方案是基于PMOS管控制栅极电压来调整输出电压和输出电流。但是在BCD高压工艺中，高压LDPMOS管的驱动能力只有高压LDNMOS管的三分之一。如果用LDPMOS管，功率MOS管的尺寸是NMOS的3倍以上。因此从成本和经济的原则，LDPMOS管显然不是一个合理的选择。为了减小芯片尺寸，人们想到将LDNMOS管作为功率管应用，但因为本身LDNMOS管的特性限制，使输出无法达到全电压应用范围。为了使LDNMOS管在高压LDO中能正常使用，需要引入电荷泵来提高LDNMOS管的栅极控制电压，但现有应用电荷泵的高压LDO，电荷泵通常是提供固定电压，在这些设计中，电荷泵的输出电压通常是升压到两倍或者是三倍的输入电压，仍然无法适应NMOS管的不同栅极电压，LDNMOS管的输出还是无法达到全电压应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用电荷泵的高压LDO，其可适应NMOS管的不同栅极电压，以使NMOS管的输出达到全电压应用范围。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
应用电荷泵的高压LDO，包括内部LDO模块、电荷泵、压控振荡器、调制器、高压LDNMOS管和反馈电压采样电路，由内部LDO模块为电荷泵、压控振荡器、调制器和反馈电压采样电路提供工作电源，高压LDNMOS管的漏极连接输入电压，高压LDNMOS管的源极为高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输入端连接至高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输出端依次连接调制器、压控振荡器和电荷泵，电荷泵的输出端连接高压LDNMOS管的栅极；
电荷泵包括可控开关、电容和滤波器，压控振荡器的输出端分别至可控开关的控制端和电容的一端，电容的另一端连接至可控开关的一端和滤波器的输入端，可控开关的另一端连接高压LDO的输出端，滤波器的输出端即为电荷泵的输出端。
所述反馈电压采样电路包括比较放大器、基准电压源、第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻和第二分压电阻串联于高压LDNMOS管的源极与地之间，比较放大器的反相输入端连接于第一分压电阻与第二分压电阻的连接点、同相输入端连接基准电压源，比较放大器的输出端连接调制器的输入端。
采用上述方案后，本发明将反馈电压采样电路输出的反馈电压通过调制器产生反馈信号来控制压控振荡器生成不同占空比的可变频率，从而让电荷泵输出适应不同栅极电压的输出，从而达到调整输出电压和输出电流的目的，基于LDNMOS和LDPMOS的导通电阻，并结合其控制电路的对比，对于高压LDNMOS管应用后芯片的尺寸降低了一半，并且可以对输出电压进行全范围调节。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明中电荷泵的输出电压随频率的占空比变化的基本工作理论示意图；
图3为图1中电荷泵的电路原理图。
具体实施方式
本发明应用电荷泵的高压LDO，如图1所示，包括内部LDO模块1、电荷泵2、压控振荡器3、调制器4、高压LDNMOS管5和反馈电压采样电路。
由内部LDO模块1为电荷泵2、压控振荡器3、调制器4和反馈电压采样电路提供工作电源，保证小于5V以保证内部电路正常工作。
高压LDNMOS管5的漏极连接输入电压VIN，高压LDNMOS管的源极为高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输入端连接至高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输出端依次连接调制器4、压控振荡器3和电荷泵2，电荷泵2的输出端连接高压LDNMOS管5的栅极。
反馈电压采样电路包括比较放大器A1、基准电压源Vref、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联于高压LDNMOS管5的源极与地之间，比较放大器A1的反相输入端连接于第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接点、同相输入端连接基准电压源Vref，比较放大器A1的输出端连接调制器4的输入端。
如图3所示，电荷泵2包括可控开关S1、电容C1和滤波器21，压控振荡器3的输出分为两路，一路为可控开关S1的控制信号输出端，另一路为调制震荡器PWM输出信号端，可控开关S1的控制信号输出端连接至可控开关S1的控制端，调制震荡器PWM输出信号端连接至电容C1的一端，电容C1的另一端连接至可控开关S1的一端和滤波器21的输入端，可控开关S1的另一端连接高压LDO的输出端，滤波器21的输出端即为电荷泵2的输出端。
本发明将反馈电压采样电路输出的反馈电压通过调制器4产生反馈信号来控制压控振荡器3生成不同占空比的可变频率，从而让电荷泵2输出适应不同栅极电压的输出，从而达到调整输出电压和输出电流的目的，对于高压LDNMOS管应用后芯片的尺寸降低了一半，并且可以对输出电压进行全范围调节。因为高压LDNMOS管的结构和特点，栅源电压要小于5V，所以电荷泵的功能一方面是增加内部供电电压VDD到适合的值，另一方面是保证栅源电压大于高压LDNMOS管的阈值电压而小于最大承受电压5V。如图2所示，显示了电荷泵的输出电压随频率的占空比变化的基本的工作理论，调制反馈信号控制Tv的时间，同时Tf是固定的时间宽度。频率和占空比随着Tv时间的变化而变化。最终频率的改变和占空比的改变同时作用来控制电荷泵的输出电压。
如图3所示，电荷泵调制的工作原理如下：
调制时钟的高电平是5V，低电平是0V。控制可控开关S1的信号是和调制输出的PWM信号同步的。所以A点的输出电平的高是5V+VOUT电压，低是VOUT。T2时间是固定的，T1随着输出电压的不同而变化。在相位1 （T1），此前充电的电容C1 传递电压到A点。A点的电压会升到VOUT+5V； 在相位2 （T2），可控开关S1打开，输出端OUT对电容C1 充电到VOUT电压。之后A点产生的时钟信号通过滤波器21滤波在B点变成直流信号控制高压LDNMOS管5的栅极电压。公式如下Vgate=D*5V+VOUT，D是调制器PWM信号的占空比。当输出电压比预定值偏低时，反馈信号控制调制器4时钟输出，延长T1的时间，同时T2 固定。T1 的时间加长，意味着在占空比高电平的VOUT +5V比例增加。从而栅极电压上升提供足够的驱动能力来抬升输出电压。使输出电压达到预定值。
Claims (2)
1.应用电荷泵的高压LDO，其特征在于：包括内部LDO模块、电荷泵、压控振荡器、调制器、高压LDNMOS管和反馈电压采样电路，由内部LDO模块为电荷泵、压控振荡器、调制器和反馈电压采样电路提供工作电源，高压LDNMOS管的漏极连接输入电压，高压LDNMOS管的源极为高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输入端连接至高压LDO的输出端，反馈电压采样电路的输出端依次连接调制器、压控振荡器和电荷泵，电荷泵的输出端连接高压LDNMOS管的栅极；
电荷泵包括可控开关、电容和滤波器，压控振荡器的输出端分别至可控开关的控制端和电容的一端，电容的另一端连接至可控开关的一端和滤波器的输入端，可控开关的另一端连接高压LDO的输出端，滤波器的输出端即为电荷泵的输出端。
2.根据权利要求1所述的应用电荷泵的高压LDO，其特征在于：所述反馈电压采样电路包括比较放大器、基准电压源、第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻和第二分压电阻串联于高压LDNMOS管的源极与地之间，比较放大器的反相输入端连接于第一分压电阻与第二分压电阻的连接点、同相输入端连接基准电压源，比较放大器的输出端连接调制器的输入端。
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