CN105334900A - 快速瞬态响应低压差线性稳压器 - Google Patents
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Abstract
快速瞬态响应低压差线性稳压器，涉及集成电路技术。本发明包括基准电路、误差放大器、CMOS导通元件；还包括比较器电路，所述比较器电路包括第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器的正性输入端接负载输出端，第一比较器的负性输入端接第一参考电平点A，第二比较器的负性输入端接第二参考电平点B，第一参考电平点A的电平高于第二参考电平点B的电平；第一比较器的输出端接第一开关管，第二比较器的输出端接第二开关管；第一开关管的输入端接外部电源，输出端接负载输出端；第二开关管的输出端接地，输入端接负载输出端。本发明降低了电路的静态功耗并且电路结构更为简单，功耗更低。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，各种便携式电子产品(笔记本电脑、IPAD、智能手机等)对多媒体数据流、音频播放、更清晰的显示及更多娱乐等需求不断提升，高效的电源管理方案显得越来越重要，改善器件对能量的利用率达到延长电池寿命和芯片工作时间的目的。低压差线性稳压器(LDO)因其成本低、压降低、封装体积小、外围设备少、噪声低、纹波低、高电源抑制比等特性成为极具竞争力的电源解决方案之一。
传统的LDO如图1所以，包含了参考电压单元Vref、误差放大器EA、反馈电路，负载电容CL，负载电阻RL，稳压器的输出端VOUT以及输入电源VIN。
其中，参考电压单元Vref为带隙基准电路Bandgap，反馈电路由反馈串联的电阻R1和电阻R2、PMOS调整管P1组成。
反馈信号Vfb取自于电阻R1和电阻R2之间，并且接到误差放大器EA的正向输入端。因为P1调整管本生就是反向放大器，所以反馈信号接到误差放大器EA的正向输入端构成了负反馈环路。带隙基准产生的参考电压接到误差放大器EA负向输入端。误差放大器EA的输出接到P1调整管的栅极。调整管P1的源极作为输入，接到输入电源VIN端，漏极与负载电容CL和负载电阻RL的一端一起接到LDO的稳压器的输出端VOUT。误差放大器EA、调整管P1和反馈电阻R1、R2一起构成了LDO的负反馈环路，用来稳定输出电压。如果忽略LDO的增益误差，可以得到输出电压：当负载电流由轻载跳到重载或者由重载跳到轻载，即负载电流由小突然变大或者由大突然减小时，由于跳变时间短，而LDO的带宽有限，P1调整管输入电容较大，在输出端会产生电压过冲，而且输出从波动到稳定需要的时间会较长，LDO本身的负反馈环路和有限的输出带宽已无法快速的稳定输出电压，从而会使后一级电路无法正常工作。甚至发生功能失效。
目前，业界除了许多提高LDO瞬态响应的方案，这些方案虽然能到达一定的效果，但是不足之处是电路结构比较复杂，零点极点不好控制，而且额外增加了功耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速响应的低压差线性稳压器，以解决低压差线性稳压器负载突然跳变时所引起输出电压波动太大并且从波动到稳定的时间太长的问题。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，快速瞬态响应低压差线性稳压器，包括基准电路、误差放大器、CMOS导通元件；误差放大器的负性输入端接基准电路，输出端接CMOS导通元件的控制端；CMOS导通元件的输入端接外部电源，CMOS导通元件的输出端作为负载输出端并通过串联的第一电阻和第二电阻接地，误差放大器的正性输入端通过第二电阻(R2)接地，负载输出端通过电容接地，还通过可调电阻接地，
还包括比较器电路，所述比较器电路包括第一比较器和第二比较器，
第一比较器和第二比较器的正性输入端接负载输出端，第一比较器的负性输入端接第一参考电平点，第二比较器的负性输入端接第二参考电平点，第一参考电平点的电平高于第二参考电平点的电平；第一比较器的输出端接第一开关管，第二比较器的输出端接第二开关管；
第一开关管的输入端接外部电源，输出端接负载输出端；
第二开关管的输出端接地，输入端接负载输出端。
所述第一开关管为NMOS管，第二开关管)为PMOS管。
本发明解决了低压差线性稳压器负载电流跳变时所引起的输出电压波动过大并且从波动到稳定时间过长的问题，在满足对输出电压要求的同时，与其它提高LDO瞬态响应的电路相比，降低了电路的静态功耗并且电路结构更为简单，功耗更低，极大的提高了LDO电路的瞬态响应速度和精度。
附图说明
图1为传统低压差线性稳压器的电路示意图。
图2为本发明的低压差线性稳压器电路示意图。
具体实施方式
如图2所示本发明的低压差线性稳压器LDO，包括基准电路1，误差放大器2，CMOS导通元件，反馈电路、输出负载和比较器电路(100)。其中误差放大器EA的负输入端接基准单元Vref的输出，误差放大器的输出端接调节管P1的栅端，P1的输入端接外部电源VIN，P1的输出端接LDO输出，VOUT到地有两个串联电阻R1和R2，反馈信号Vfb从R1和R2的中间反馈到误差放大器EA的正向输入端。VIN到GND之间串联有电阻R3、R4、R5，其中分压节点A接到第一比较器101的负端，分压节点B接到第二比较器102的负端，两个比较器101和102的正向输入端均接VOUT，第一比较器101的输出端Y1接到N1的栅极，N1的漏端接VOUT，源端接GND，第二比较器102的输出端Y2接到P2的栅极，P2的漏端接VOUT，源端接VIN。
当低压差线性稳压器的负载电流在短时间内发生较大增加时，会使得输出电压VOUT迅速降低，反馈电压也会迅速降低，通过误差放大器放大之后，误差放大器的输出也会降低，也就是P1的栅极电压也会降低，这样流过P1的电流就会增大，补偿VOUT的降低，同时，由于VOUT的降低，如果低与所设定的B节点的电压，则第二比较器102的输出端Y2也会由高变低，从而P2管开启，流过P2管的电流也加入补偿VOUT的降低，在系统反馈补偿和比较器补偿同时发生时，能够有效的稳定VOUT的跳变。
相反，当低压差线性稳压器的负载电流在短时间内发生较大减小时，会使得输出电压VOUT迅速升高，反馈电压也会迅速升高，通过误差放大器放大之后，误差放大器的输出电压也会增加，也就是P1的栅极电压也会增加，这样流过P1的电流就会减小，补偿VOUT电压的升高，同时，由于VOUT的升高，如果高与所设定的A节点的电压，则第一比较器101的输出端Y1也会由低变高，从而N1管开启，泄放掉多余电流，也加入补偿VOUT的升高，在系统反馈补偿和比较器补偿同时发生时，能够有效的稳定VOUT的跳变。
具体的，在LDO正常工作状态，A点的电压比VOUT要高，Y1为低电平，而B点的电压比VOUT要低，Y2为高电平，此时P2和N1是处于关断状态，对电路不产生影响。
Claims (2)
1.快速瞬态响应低压差线性稳压器，包括基准电路、误差放大器、CMOS导通元件(P1)；误差放大器的负性输入端接基准电路，输出端接CMOS导通元件(P1)的控制端；CMOS导通元件P1的输入端接外部电源(VIN)，CMOS导通元件(P1)的输出端作为负载输出端(VOUT)并通过串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)接地，误差放大器的正性输入端通过第二电阻(R2)接地，负载输出端(VOUT)通过电容(CL)接地，还通过可调电阻(RL)接地，
其特征在于，
还包括比较器电路(100)，所述比较器电路(100)包括第一比较器(101)和第二比较器(102)，
第一比较器(101)和第二比较器(102)的正性输入端接负载输出端(VOUT)，第一比较器(101)的负性输入端接第一参考电平点A，第二比较器(102)的负性输入端接第二参考电平点B，第一参考电平点A的电平高于第二参考电平点B的电平；第一比较器(101)的输出端接第一开关管(N1)，第二比较器(102)的输出端接第二开关管(P2)；
第一开关管(N1)的输入端接外部电源(VIN)，输出端接负载输出端(VOUT)；
第二开关管(P2)的输出端接地，输入端接负载输出端(VOUT)。
2.如权利要求1所述的快速瞬态响应低压差线性稳压器，其特征在于，所述第一开关管(N1)为NMOS管，第二开关管(P2)为PMOS管。
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