CN105446404A - 低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备 - Google Patents

低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备 Download PDF

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Abstract

一种低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备，应用于无输出电容LDO电路，包括了基准电压判断模块，检测电压基准源模块是否完成启动，如果电压基准源模块完成启动则给误差放大器发送一个开始工作的信号，即通过使误差放大器的启动时间较电压基准源模块延后，使得误差放大器能有效的控制功率传输器件的工作，从而避免无输出电容LDO电路在启动过程出现过冲现象。

Description

低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备。
背景技术
无输出电容低压差线性稳压器(LDO,LowDrop-Outregulator)电路由于具有结构简单、成本低廉、低噪声、低功耗及较小的封装尺寸等优点，已成为移动电子设备中电源管理的首选。由于其可以省去输出端的外挂电容和键合金线，可以有效降低产品的成本，逐渐被应用在SOC产品中。
无输出电容低压差线性稳压器电路主要由以下几个部分构成：电压基准源、误差放大器、功率传输器件和反馈电路。由误差放大器将反馈电路的反馈电压和电压基准源的参考电压进行比较，并放大其差值来控制功率传输器件的导通状态，从而得到稳定的输出电压。但是在刚上电的过程中，环路刚开始工作，误差放大器并不能有效的控制功率传输器件的工作，所以此时功率传输器件会存在一个导通的阶段，这样就会造成输入电压直接输出至输出电压端，产生电压过冲现象。由于输出电压端的寄生电容比较小，所以，电压过冲会对输出电压端的电压有较大影响。
发明内容
基于此，有必要提供一种低压差线性稳压器电路，该低压差线性稳压器电路可以有效避免电压过冲的现象。
一种低压差线性稳压器电路，包括电压基准源模块、误差放大器、基准电压判断模块、功率传输器件和反馈模块；所述电压基准源模块为所述误差放大器提供基准电压，所述基准电压判断模块根据所述电压基准源模块是否完全启动来控制所述误差放大器的使能，所述误差放大器根据所述电压基准源模块提供的基准电压和所述反馈模块提供的反馈电压来控制所述功率传输器件的通断。
在其中一个实施例中，还包括输入电压端。
所述电压基准源模块包括与所述误差放大器的反相输入端连接的第一输出端、与所述基准电压判断模块的判断信号输入端连接的第二输出端。
所述基准电压判断模块包括所述判断信号输入端、与所述误差放大器的使能端连接的判断信号输出端。
所述误差放大器包括所述反相输入端、所述使能端、与所述功率传输器件的控制端连接的放大信号输出端、与所述反馈模块的反馈端连接的同相输入端。
所述功率传输器件包括所述控制端、连接所述输入电压端的开关输入端、与所述反馈模块的电流输入端连接的开关输出端。
所述反馈模块包括所述反馈端和所述电流输入端。
在其中一个实施例中，所述基准电压判断模块还包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管形成镜像电流源，所述输入电压端为所述镜像电流源提供基准电流。
所述第一晶体管的栅极作为所述判断信号输入端，用于控制所述第二晶体管的栅极接通所述输入电压端或者接地。
所述第二晶体管的第一极连接所述镜像电流源的共栅极端，所述第二晶体管的第二极接地，以控制所述镜像电流源为所述误差放大器提供判断信号。
在其中一个实施例中:
所述输入电压端连接所述第一晶体管的第一极、所述第二晶体管的第一极、所述第三晶体管的栅极；所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的第二极接地；所述第二晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极连接作为所述镜像电流源的共栅极端，所述第二晶体管的第一极和栅极短接，所述第三晶体管的第一极作为所述判断信号输出端。
在其中一个实施例中，还包括第一电阻、第二电阻，或者第五晶体管、第六晶体管；所述输入电压端通过第一电阻或第五晶体管连接所述第一晶体管的第一极，所述输入电压端通过第一电阻或第五晶体管连接所述第四晶体管的栅极，所述输入电压端通过第二电阻或第六晶体管连接所述第二晶体管的第一极，所述电压基准源模块连接所述第五晶体管的栅极和所述第六晶体管的栅极以提供偏置电压。
在其中一个实施例中，所述反馈模块还包括第三电阻和第四电阻，所述电流输入端通过所述第三电阻和所述第四电阻接地，所述第三电阻和所述第四电阻的连接处作为所述反馈端。
在其中一个实施例中，所述功率传输器件为场效应晶体管。
在其中一个实施例中，还包括启动电路模块，所述启动电路模块用于控制所述电压基准源模块的启动。
一种芯片，包括上述的低压差线性稳压器电路。
一种电子设备，包括上述的低压差线性稳压器电路。
上述低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备，应用于无输出电容LDO电路，包括了基准电压判断模块，检测电压基准源模块是否完成启动，如果电压基准源模块完成启动则给误差放大器发送一个开始工作的信号，即通过使误差放大器的启动时间较电压基准源模块延后，使得误差放大器能有效的控制功率传输器件的工作，从而避免无输出电容LDO电路在启动过程出现过冲现象。
附图说明
图1是一实施例低压差线性稳压器电路的模块图；
图2是一实施例基准电压判断模块的原理图；
图3是另一实施例基准电压判断模块的原理图；
图4是再一实施例基准电压判断模块的原理图；
图5是另一实施例低压差线性稳压器电路的模块图；
图6是另一实施例低压差线性稳压器电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在下面说明书中，为了易于理解，引用信号端口符号表示该信号或者引用信号符号表示该信号端口。
图1是本发明其中一实施例低压差线性稳压器电路的模块图。
一种低压差线性稳压器电路，包括电压基准源模块100、误差放大器200、基准电压判断模块300、功率传输器件400和反馈模块500。电压基准源模块100为误差放大器200提供基准电压，基准电压判断模块300根据电压基准源模块100是否完全启动来控制误差放大器200的使能，误差放大器200根据电压基准源模块100提供的基准电压和反馈模块500提供的反馈电压来控制功率传输器件400的通断。VIN为输入电压端同时表示输出电压，VOUT为输出电压端同时表示输出电压。
上述低压差线性稳压器电路，应用于无输出电容LDO电路，包括了基准电压判断模块300，通过采样基准电压Vref检测电压基准源模块100是否完成启动，如果电压基准源模块100完成启动则给误差放大器200发送一个开始工作的信号ON，即通过使误差放大器200的启动时间较电压基准源模块100延后，使得误差放大器200能有效的控制功率传输器件的工作，从而避免无输出电容LDO电路在启动过程出现过冲现象。
见图1，上述低压差线性稳压器电路的具体连接关系为：
电压基准源模块100包括与误差放大器200的反相输入端-连接的第一输出端、与基准电压判断模块300的判断信号输入端Vref连接的第二输出端。
基准电压判断模块300包括判断信号输入端Vref、与误差放大器200的使能端连接的判断信号输出端ON。
误差放大器200包括反相输入端-、使能端、与功率传输器件400的控制端连接的放大信号输出端、与反馈模块500的反馈端连接的同相输入端+。使能端可以是误差放大器200的负电源端。
功率传输器件400包括控制端、连接输入电压端VIN的开关输入端、与反馈模块500的电流输入端连接的开关输出端。
反馈模块500包括反馈端和电流输入端。
图2是一实施例基准电压判断模块的原理图。
在以下描述中，晶体管的第一极为源极，晶体管的第二极为漏极。
基准电压判断模块300包括：
第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4，第三晶体管M3和第四晶体管M4形成镜像电流源，输入电压端VIN为镜像电流源提供基准电流。第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4为N沟道场效应晶体管。
第一晶体管M1的栅极作为判断信号输入端Vref，用于控制第二晶体管M2的栅极接通输入电压端VIN或者接地GND。
第二晶体管M2的第一极连接镜像电流源的共栅极端，第二晶体管M2的第二极接地，以控制镜像电流源为误差放大器200提供判断信号ON，即为误差放大器200的使能端提供偏置电流以使误差放大器200工作。
输入电压端VIN连接第一晶体管M1的第一极、第二晶体管M2的第一极、第三晶体管M3的栅极；第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4的第二极接地；第二晶体管M2的栅极和第三晶体管M3的栅极连接作为镜像电流源的共栅极端，第二晶体管M2的第一极和栅极短接，第三晶体管M3的第一极作为判断信号输出端ON。
当输入电压端VIN上电后，电压基准源模块100开始启动，电压基准源模块100中的偏置电流开始正常工作，基准电压Vref开始上升，基准电压判断模块300的判断信号输入端开始对基准电压Vref采样。
当基准电压Vref在第一晶体管M1的开启电压VR以下时，第一晶体管M1的栅极电压不足以使第一晶体管M1导通，此时第四晶体管M4的栅极电压为高电平，第四晶体管M4导通，第三晶体管M3的栅极(接镜像电流源的共栅极端)接地，拉低了第三晶体管M3的栅极的电压，使第三晶体管M3无法为误差放大器200提供偏置电流。
当基准电压Vref上升到开启电压VR时，使第一晶体管M1充分导通，第四晶体管M4的栅极接地，拉低第四晶体管M4的栅极电压，使第四晶体管M4由开启变为关断，镜像电流源工作，此时第三晶体管M3为误差放大器200提供偏置电流。
通过合理控制基准电压Vref上升到开启电压VR的时间，可以有效避免电路在启动过程出现过冲现象。
在一些实施例中，还可以对上述的实施例进行改进，增加第一电阻R1、第二电阻R2限流限压，或者增加第五晶体管M5、第六晶体管M6来配合第一晶体管M1和第二晶体管M2工作。第五晶体管M5和第六晶体管M6为P沟道场效应晶体管。
例如在一实施例中，输入电压端VIN通过第五晶体管M5连接第一晶体管M1的第一极，输入电压端VIN通过第五晶体管M5连接第四晶体管M4的栅极，输入电压端VIN通过第六晶体管M6连接第二晶体管M2的第一极，电压基准源模块100连接第五晶体管M5的栅极和第六晶体管M6的栅极以提供偏置电压BIAS。见图3，输入电压端VIN连接第五晶体管M5的第二极和第六晶体管M6的第二极，第五晶体管M5的第一极连接第一晶体管M1的第一极和第四晶体管的栅极，第六晶体管M6的第一极连接第二晶体管M2的第一极。
在其他实施例中，输入电压端VIN通过第一电阻R1连接第一晶体管M1的第一极，输入电压端VIN通过第一电阻R1连接第四晶体管M4的栅极，输入电压端VIN通过第二电阻R2连接第二晶体管M2的第一极。见图4。
图5是另一实施例低压差线性稳压器电路的模块图。请结合图6。
一种低压差线性稳压器电路，包括电压基准源模块100、误差放大器200、基准电压判断模块300、功率传输器件400、反馈模块500和启动电路模块600。启动电路模块600用于控制电压基准源模块100的启动。
启动电路600控制连接电压基准源模块100，电压基准源模块100的第一输出端连接误差放大器200的反相输入端-，电压基准源模块100的第二输出端连接基准电压判断模块300的判断信号输入端Vref，基准电压判断模块300的判断信号输出端ON连接误差放大器200的使能端on，误差放大器200的放大信号输出端连接功率传输器件400的控制端，误差放大器200的同相输入端+连接反馈模块500的反馈端，功率传输器件400的开关输入端连接输入电压VIN，功率传输器件400的开关输出端连接反馈模块500的电流输入端。误差放大器200的使能端on可以是误差放大器200的负电源端。
反馈模块500包括第三电阻R3和第四电阻R4，电流输入端通过第三电阻R3和第四电阻R4接地，第三电阻R3和第四电阻R4的连接处作为反馈端。误差放大器200通过对第四电阻R4的电压和电压基准源模块100的基准电压的采样比较来调节输出电压VOUT。
功率传输器件400为场效应晶体管，在本实施例中为P沟道场效应晶体管。功率传输器件400的控制端即P沟道场效应晶体管的栅极、开关输入端即P沟道场效应晶体管的源极、开关输出端即P沟道场效应晶体管的漏极。
本发明还公开了一种芯片和一种电子设备。
一种芯片，包括上述的低压差线性稳压器电路。
一种电子设备，包括上述的低压差线性稳压器电路。
上述低压差线性稳压器电路、芯片和电子设备，包括了基准电压判断模块，检测电压基准源模块是否完成启动，如果电压基准源模块完成启动则给误差放大器发送一个开始工作的信号，即通过使误差放大器的启动时间较电压基准源模块延后，使得误差放大器能有效的控制功率传输器件的工作，从而避免无输出电容LDO电路在启动过程出现过冲现象。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种低压差线性稳压器电路，其特征在于，包括电压基准源模块、误差放大器、基准电压判断模块、功率传输器件和反馈模块；所述电压基准源模块为所述误差放大器提供基准电压，所述基准电压判断模块根据所述电压基准源模块是否完全启动来控制所述误差放大器的使能，所述误差放大器根据所述电压基准源模块提供的基准电压和所述反馈模块提供的反馈电压来控制所述功率传输器件的通断。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于：
还包括输入电压端；
所述电压基准源模块包括与所述误差放大器的反相输入端连接的第一输出端、与所述基准电压判断模块的判断信号输入端连接的第二输出端；
所述基准电压判断模块包括所述判断信号输入端、与所述误差放大器的使能端连接的判断信号输出端；
所述误差放大器包括所述反相输入端、所述使能端、与所述功率传输器件的控制端连接的放大信号输出端、与所述反馈模块的反馈端连接的同相输入端；
所述功率传输器件包括所述控制端、连接所述输入电压端的开关输入端、与所述反馈模块的电流输入端连接的开关输出端；
所述反馈模块包括所述反馈端和所述电流输入端。
3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述基准电压判断模块还包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管形成镜像电流源，所述输入电压端为所述镜像电流源提供基准电流；
所述第一晶体管的栅极作为所述判断信号输入端，用于控制所述第二晶体管的栅极接通所述输入电压端或者接地；
所述第二晶体管的第一极连接所述镜像电流源的共栅极端，所述第二晶体管的第二极接地，以控制所述镜像电流源为所述误差放大器提供判断信号。
4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于:
所述输入电压端连接所述第一晶体管的第一极、所述第二晶体管的第一极、所述第三晶体管的栅极；所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的第二极接地；所述第二晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极连接作为所述镜像电流源的共栅极端，所述第二晶体管的第一极和栅极短接，所述第三晶体管的第一极作为所述判断信号输出端。
5.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，还包括第一电阻、第二电阻，或者第五晶体管、第六晶体管；所述输入电压端通过第一电阻或第五晶体管连接所述第一晶体管的第一极，所述输入电压端通过第一电阻或第五晶体管连接所述第四晶体管的栅极，所述输入电压端通过第二电阻或第六晶体管连接所述第二晶体管的第一极，所述电压基准源模块连接所述第五晶体管的栅极和所述第六晶体管的栅极以提供偏置电压。
6.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述反馈模块还包括第三电阻和第四电阻，所述电流输入端通过所述第三电阻和所述第四电阻接地，所述第三电阻和所述第四电阻的连接处作为所述反馈端。
7.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述功率传输器件为场效应晶体管。
8.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，还包括启动电路模块，所述启动电路模块用于控制所述电压基准源模块的启动。
9.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的低压差线性稳压器电路。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的低压差线性稳压器电路。
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