CN106155150B - 瞬态增强的线性稳压系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源系统。瞬态增强的线性稳压系统，包括一线性稳压器，线性稳压器用于提供一输出电压至一受控负载；线性稳压器包括：一误差放大器，对一参考电压和一采样自输出电压的电压反馈信号进行比较产生一误差放大信号，误差放大器于一第二控制信号的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变误差放大信号的大小；一调压电路，于误差放大信号的作用下产生输出电压。本发明于负载电流增大或降低之前改变误差放大器的增益，以减小输出电压的波动，可以增强瞬态响应，改善系统性能。

Description

瞬态增强的线性稳压系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源系统。

背景技术

低压差特性使得低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)成为便携式和电池供电领域的优良选择，随着工艺水平的不断进步，便携式电子的应用领域不断深入，对低压差线性稳压器的性能要求更加严格，瞬态响应是衡量电源系统性能的一个重要指标，反映了电源系统对负载发生阶跃变化时其输出电压能够快速响应的能力，典型的应用系统及内部电路结构如图1和图2所示，当负载电流ILOAD跳变时，由于电路的输出电压无法瞬态跟踪负载电流的快速变化，易于造成输出电压较大波动，使得系统的正常工作面临很大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种瞬态增强的线性稳压系统，解决以上技术问题；

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

瞬态增强的线性稳压系统，其中，包括一线性稳压器，所述线性稳压器用于提供一输出电压至一受控负载；所述线性稳压器包括：

一误差放大器，对一参考电压和一采样自所述输出电压的电压反馈信号进行比较产生一误差放大信号，所述误差放大器于一第二控制信号的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变所述误差放大信号的大小；

一调压电路，于所述误差放大信号的作用下产生所述输出电压。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述第二控制信号通过一控制电路产生。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述控制电路还用于产生一第一控制信号，所述第一控制信号控制所述受控负载的负载电流降低或增加，所述控制电路于所述负载电流降低或增加之前的预定时间内产生所述第二控制信号。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述调压电路包括，

一输入端，连接一输入电压；

一输出端，用于提供所述输出电压；

一功率管，其控制端与所述误差放大信号连接，于所述误差放大信号的作用下可选择地连接于所述输入端与所述输出端之间，用于向所述输出端提供驱动电流。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出端与接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点，所述电压反馈信号自所述分压节点引出。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述误差放大器包括，

工作电压端，用于输入一工作电压；

第一输入端，用于输入一第一输入信号；

第二输入端，用于输入一第二输入信号；

输出端，用于输出所述误差放大信号；

复数个MOS管组成的差分放大电路，可控制地连接于所述工作电压端、所述接地端、所述第一输入端、所述第二输入端及所述输出端之间，用于对所述第一输入信号和所述第二输入信号进行差分放大以输出所述误差放大信号；

所述差分放大电路中预定的所述MOS管的两端并联一第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与预定的所述MOS管的栅极之间连接一开关支路，所述开关支路于所述第二控制信号的作用下导通或断开，以实现所述差分放大电路于所述具有第一增益的电路拓扑和所述具有第二增益的电路拓扑之间切换。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述差分放大电路包括，

第一PMOS管，其源极连接一第一交汇节点，其漏极连接一第二交汇节点，其栅极连接所述第一输入端；

第二PMOS管，其源极连接所述第一交汇节点，其漏极连接一第三交汇节点，其栅极连接所述第二输入端；

第三PMOS管，其栅极连接一第一偏置电压，其源极连接所述工作电压端，漏极连接所述第一交汇节点，于所述第一偏置电压的作用下提供第一偏置电流。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，还包括一第四PMOS管，并联于所述第三PMOS管的源极和漏极之间，所述第四PMOS管的栅极与所述第三PMOS管的栅极之间连接一第一开关支路，所述第一开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第二PMOS管与所述第一PMOS管同步工作，以改变所述第一偏置电流的大小。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述差分放大电路包括，

第一NMOS管，连接于所述第二交汇节点和电源地之间，其栅极连接一第二偏置电压；

第二NMOS管，连接于所述第三交汇节点和电源地之间，其栅极连接所述第二偏置电压；

所述第一NMOS管和所述第二NMOS管于所述第二偏置电压的作用下以产生第二偏置电流。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述差分放大电路还包括，

第三NMOS管，并联于所述第一NMOS管的源极和漏极之间，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极之间连接一第二开关支路，所述第二开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第三NMOS管与所述第一NMOS管同步工作；

第四NMOS管，并联于所述第二NMOS管的源极和漏极之间，所述第四NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极之间连接一第三开关支路，所述第三开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第四NMOS管与所述第二NMOS管同步工作。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，所述差分放大电路采用差分输入单端输出的共源共栅结构。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明于负载电流增大或降低之前改变误差放大器的增益，以减小输出电压的波动，可以增强瞬态响应，改善系统性能。

附图说明

图1为传统的电源系统结构图；

图2为传统的输出电压和负载电流的波形图；

图3为本发明的电源系统结构图；

图4为本发明的线性稳压器的电路结构示意图；

图5为本发明的输出电压、负载电流、第二控制信号及误差放大信号的波形图；

图6为本发明的误差放大器的电路结构示意图；

图7为本发明的第一开关支路示意图；

图8为本发明的第二开关支路示意图；

图9为本发明的第三开关支路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图3、图4，瞬态增强的线性稳压系统，其中，包括一线性稳压器1，用于产生输出电压Vout并提供至一受控负载3；线性稳压器1包括：

一误差放大器12，对一参考电压Vref和一采样自输出电压Vout的电压反馈信号Vfb进行比较产生一误差放大信号Iea，误差放大器12于一第二控制信号s2的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变误差放大信号的大小；

一调压电路，于误差放大信号Iea的作用下产生输出电压Vout。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，第二控制信号s2通过一控制电路2产生。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，控制电路还用于产生一第一控制信号s1，第一控制信号s1控制受控负载3的负载电流降低或增加之前的预定时间内产生上述第二控制信号s2。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，参照图4，调压电路可以包括，

一输入端，连接一输入电压VDD；

一输出端，用于提供输出电压Vout；

一功率管14，其控制端与误差放大信号Iea连接，于误差放大信号Iea的作用下可选择地连接于输入端与输出端之间，用于向输出端提供驱动电流。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，电压反馈信号Vfb通过一反馈网络13产生，反馈网络13主要由一电阻分压电路形成，电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于输出端与接地端之间的分压电阻，分压电阻间相连接的点形成分压节点，电压反馈信号Vfb自分压节点引出。一种常见的具体实施例，反馈网络13由一第一电阻R1和第二电阻R2串联而成，第一电阻R1和第二电阻R2相串联的点作为分压节点。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，参照图6，误差放大器12包括，

工作电压端，用于输入一工作电压VDD；

第一输入端Vin1，用于输入一第一输入信号；

第二输入端Vin2，用于输入一第二输入信号；

输出端EAout，用于输出误差放大信号Iea；

复数个MOS管组成的差分放大电路，可控制地连接于工作电压端、接地端、第一输入端Vin1、第二输入端Vin2及输出端EAout之间，用于对第一输入信号和第二输入信号进行差分放大以输出误差放大信号EAout；

差分放大电路中预定的MOS管的两端并联一第二MOS管，第二MOS管的栅极与预定的MOS管的栅极之间连接一开关支路，开关支路于第二控制信号s2的作用下导通或断开，以实现差分放大电路于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，差分放大电路包括，

第一PMOS管M1，其源极连接一第一交汇节点A，其漏极连接一第二交汇节点X，其栅极连接第一输入端Vin1；

第二PMOS管M2，其源极连接第一交汇节点A，其漏极连接一第三交汇节点Y，其栅极连接第二输入端Vin2；

第三PMOS管M11，其栅极连接一第一偏置电压Vb5，其源极连接工作电压VDD，漏极连接第一交汇节点A，于第一偏置电压Vb5的作用下提供第一偏置电流。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，还包括一第四PMOS管M12，并联于第三PMOS管M11的源极和漏极之间，第四PMOS管M12的栅极与第三PMOS管M11的栅极之间连接一第一开关支路，第一开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第二PMOS管M2与第一PMOS管M1同步工作，以改变第一偏置电流的大小。如图7所示，第一开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第四PMOS管M12的栅极Vb6与第一偏置电压Vb5连通。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，差分放大电路包括，

第一NMOS管M5，连接于第二交汇节点X和电源地GND之间，其栅极连接一第二偏置电压；

第二NMOS管M6，连接于第三交汇节点Y和电源地之间，其栅极连接第二偏置电压Vb4；

第一NMOS管M5和第二NMOS管M6于第二偏置电压Vb4的作用下以产生第二偏置电流。

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，差分放大电路还可以进一步包括，

第三NMOS管M13，并联于第一NMOS管M5的源极和漏极之间，第三NMOS管M13的栅极与第一NMOS管M5的栅极之间连接一第二开关支路，第二开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第三NMOS管M13与第一NMOS管M5同步工作；如图8所示，第二开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第三NMOS管M13的栅极Vb7与第二偏置电压Vb4连通；

第四NMOS管M14，并联于第二NMOS管M6的源极和漏极之间，第四NMOS管M14的栅极与第二NMOS管M6的栅极之间连接一第三开关支路，第三开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第四NMOS管M14与第二NMOS管M6同步工作。如图9所示，第三开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第四NMOS管M14的栅极Vb8与第二偏置电压Vb4连通；

本发明的瞬态增强的线性稳压系统，差分放大电路可以采用差分输入单端输出的共源共栅结构。优选采用折叠共源共栅结构，以提高增益，及增加电源电压的噪声抑制能力。

参照图5中相关信号的波形图，本发明可以于负载电流突变之前于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变误差放大器的增益，减小输出电压的波动，可以增强瞬态响应速度，提升系统性能。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，包括一线性稳压器，所述线性稳压器用于提供一输出电压至一受控负载；所述线性稳压器包括：一误差放大器，对一参考电压和一采样自所述输出电压的电压反馈信号进行比较产生一误差放大信号，所述误差放大器于一第二控制信号的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变所述误差放大信号的大小；

一调压电路，于所述误差放大信号的作用下产生所述输出电压；

所述误差放大器包括，

工作电压端，用于输入一工作电压；

第一输入端，用于输入一第一输入信号；

第二输入端，用于输入一第二输入信号；

输出端，用于输出所述误差放大信号；

复数个MOS管组成的差分放大电路，可控制地连接于所述工作电压端、接地端、所述第一输入端、所述第二输入端及所述输出端之间，用于对所述第一输入信号和所述第二输入信号进行差分放大以输出所述误差放大信号；

所述差分放大电路中预定的所述MOS管的两端并联一第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与预定的所述MOS管的栅极之间连接一开关支路，所述开关支路于所述第二控制信号的作用下导通或断开，以实现所述差分放大电路于所述具有第一增益的电路拓扑和所述具有第二增益的电路拓扑之间切换。

2.根据权利要求1所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述第二控制信号通过一控制电路产生。

3.根据权利要求1所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述控制电路还用于产生一第一控制信号，所述第一控制信号控制所述受控负载的负载电流降低或增加，所述控制电路于所述负载电流降低或增加之前的预定时间内产生所述第二控制信号。

4.根据权利要求1所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述调压电路包括，

一输入端，连接一输入电压；

一输出端，用于提供所述输出电压；

一功率管，其控制端与所述误差放大信号连接，于所述误差放大信号的作用下可选择地连接于所述输入端与所述输出端之间，用于向所述输出端提供驱动电流。

5.根据权利要求4所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出端与接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点，所述电压反馈信号自所述分压节点引出。

6.根据权利要求1所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述差分放大电路包括，

第一PMOS管，其源极连接一第一交汇节点，其漏极连接一第二交汇节点，其栅极连接所述第一输入端；

第二PMOS管，其源极连接所述第一交汇节点，其漏极连接一第三交汇节点，其栅极连接所述第二输入端；

第三PMOS管，其栅极连接一第一偏置电压，其源极连接所述工作电压端，漏极连接所述第一交汇节点，于所述第一偏置电压的作用下提供第一偏置电流。

7.根据权利要求6所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，还包括一第四PMOS管，并联于所述第三PMOS管的源极和漏极之间，所述第四PMOS管的栅极与所述第三PMOS管的栅极之间连接一第一开关支路，所述第一开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第二PMOS管与所述第一PMOS管同步工作，以改变所述第一偏置电流的大小。

8.根据权利要求6所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述差分放大电路包括，

第一NMOS管，连接于所述第二交汇节点和电源地之间，其栅极连接一第二偏置电压；

第二NMOS管，连接于所述第三交汇节点和电源地之间，其栅极连接所述第二偏置电压；

所述第一NMOS管和所述第二NMOS管于所述第二偏置电压的作用下以产生第二偏置电流。

9.根据权利要求8所述的瞬态增强的线性稳压系统，其特征在于，所述差分放大电路还包括，

第三NMOS管，并联于所述第一NMOS管的源极和漏极之间，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极之间连接一第二开关支路，所述第二开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第三NMOS管与所述第一NMOS管同步工作；

第四NMOS管，并联于所述第二NMOS管的源极和漏极之间，所述第四NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极之间连接一第三开关支路，所述第三开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第四NMOS管与所述第二NMOS管同步工作。