CN106774602A - 一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器 - Google Patents

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周宇星
王自强
张春
王志华
李福乐
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/577—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices for plural loads

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Abstract

本发明涉及一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，属于集成电路设计领域，对LDO的输出电压分压取样后，得到反馈电压，与参考电压输入误差放大器，电压差被放大后提供给数字电路实现的控制器，控制器输出控制字调整各支路电流的通断，使得LDO输出稳定的电流，所述各支路均由开关管和电流源串联组成，各支路之间并联，连接在电源和输出电压之间；具体地，控制器将输入的模拟信号经过数模变换器后转换为数字信号，再经过数字逻辑控制电路处理得到控制字，控制由电流源和开关组成的多条电流支路的通断，从而得到所需的输出电流；本发明由多条并联电流支路提供输出电流，具有较大的输出电压范围；每条支路包含串联的电流源和开关，输出电流稳定。

Description

一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器
技术领域
本发明属于集成电路设计技术领域，特别涉及一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器。
背景技术
低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)具有输入、输出电压差值小，输出电压稳定、噪声低等优点，在集成电路中具有广泛的应用。
图1是经典的模拟低压差线性稳压器原理图。VOUT为LDO的输出电压，在反馈环路的作用下保持稳定。当负载RL、CL变化时，误差放大器输出的控制电压VC随之改变，控制调整管M1的输出电流，供负载使用。当LDO处于轻负载状态时，调整管M1输出电流需要很小；当LDO处于重负载状态时，调整管M1输出电流需要很大。然而对于单个MOS管而言，最大和最小输出电流范围是有限的，难以同时实现既能输出小电流、提高LDO的效率，又能输出大电流、驱动重负载。
图2是数字低压差线性稳压器原理图。LDO的输出电压为VOUT；电阻RF1、RF2对VOUT分压取样后，得到反馈电压VF；VF和参考电压VREF通过比较器进行比较，其输出的数字信号DO提供给数字电路实现的控制器；控制器内部经过运算确定LDO所需的输出电流，并给出对应的控制字；该控制字控制MOS管MS1～MSN的通断，从而输出相应的电流。在该电路中MOS管MS1～MSN打开时作为电流源提供电流，然而其输出电流容易受到电源电压和控制电压的干扰，使得LDO的输出电流不准确。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，该电路采用多条支路并联的结构，每条支路包含串联的电流源和开关，多条电流支路可以提供较大的输出电流，每条支路中的电流源保证了支路电流的稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，LDO的输出电压为VOUT，电阻RF1、RF2对VOUT分压取样后，得到反馈电压VF，VF和参考电压VREF输入误差放大器，电压差被放大后提供给数字电路实现的控制器，控制器输出控制字调整各支路电流的通断，使得LDO输出稳定的电流，所述各支路均由开关管和电流源串联组成，各支路之间并联，连接在电源VDD和输出VOUT之间。
所述电压差被放大为控制信号VC，VC提供给控制器，所述控制器包含数模转换器(ADC)、数字逻辑控制电路和时钟电路，ADC将VC转换成数字信号；数字逻辑控制电路根据ADC提供的信号确定LDO需要提供的输出电流，并输出对应的控制字；时钟电路则给ADC和数字逻辑控制电路提供时钟信号。
所述电流源和开关管均为MOS管，各开关管由数字逻辑控制电路输出的控制字调节通断，开关打开则该支路的电流提供给负载；开关关断则该支路无电流输出。
本发明还包括为电流源提供适当偏置电压的偏置电路。
和模拟LDO相比，原单个调整管改为多条并联的电流支路。各支路的电流可独立调节，这样当LDO空载的时候能够输出很小的电流；当LDO负载很重的时候，可以多开电流支路输出很大的电流。所以本发明提出的LDO具有较大的输出电流范围。
和数字LDO相比，原各支路中的单个开关管改为开关管和电流源的串联，由于电流源具有稳定的输出电流，因此即使电源电压或开关管的控制电压发生变化也不会影响支路电流的大小，LDO的输出具有稳定的电流。
因此，本发明通过使用多条电流源串联开关管的支路代替传统LDO中的调整管，可以使得LDO具有较大的输出电流范围，且输出电流稳定，不受电源电压、开关管控制电压的影响。
附图说明
图1是模拟低压差线性稳压器原理图。
图2是数字低压差线性稳压器原理图。
图3是具有大输出电流范围的低压差线性稳压器原理图。
图4是采用数字控制电路的具有大输出电流范围的低压差线性稳压器原理图。
图5是数字控制数字逻辑控制电路的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器原理如图3所示，LDO的输出电压为VOUT，电阻RF1、RF2对VOUT分压取样后，得到反馈电压VF，VF和参考电压VREF输入误差放大器，电压差被放大后提供给数字电路实现的控制器，控制器输出控制字调整各支路电流的通断，使得LDO输出稳定的电流，所述各支路均由开关管和电流源串联组成，各支路之间并联，连接在电源VDD和输出VOUT之间。
具体采用数字控制电路的具有大输出电流范围的低压差线性稳压器原理图如图4所示。VOUT为LDO的输出电压；RL、CL为等效负载电阻和电容；RF1、RF2为输出取样电压，对VOUT分压取样得到反馈电压VF；VF和参考电压VREF共同输入误差放大器，其电压差被放大为控制信号VC；VC提供给数字控制器。控制器包含数模转换器(ADC)、数字逻辑控制和时钟等电路。ADC将VC转换成数字信号；数字逻辑控制根据ADC提供的信号确定LDO需要提供的输出电流，并输出对应的控制字；时钟则给ADC和数字逻辑控制电路提供时钟信号。在电源VDD和输出VOUT之间有多条并联的支路，每条支路包含作为电流源的MOS管(M1…MN)和作为开关的MOS管(MS1…MSN)的串联。开关MS1～MSN由数字逻辑控制电路输出的控制字调节通断，开关打开则该支路的电流提供给负载；开关关断则该支路无电流输出。偏置电路为作为电流源的M1～MN管提供适当的偏置电压。
数字控制数字逻辑控制电路(以下简称数字逻辑控制电路)的工作流程图如图5所示。ADC将误差放大器给出的控制电压VC转换成数字信号提供给数字逻辑控制电路；数字逻辑控制电路对其处理形成误差电压编码；根据误差电压编码和控制电压编码确定是否要改变LDO的输出电流：如果不需要改变输出电流，则保持控制电压编码，并将其作为新的控制电压编码；如果需要改变输出电流，则根据误差电压编码和控制电压编码产生新的控制电压编码；输出新的控制电压编码(即控制字)，并刷新现有控制电压编码状态，为下一次处理做好准备。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，LDO的输出电压为VOUT，电阻RF1、RF2对VOUT分压取样后，得到反馈电压VF，VF和参考电压VREF输入误差放大器，电压差被放大后提供给数字电路实现的控制器，控制器输出控制字调整各支路电流的通断，使得LDO输出稳定的电流，其特征在于，所述各支路均由开关管和电流源串联组成，各支路之间并联，连接在电源VDD和输出VOUT之间。
2.根据权利要求1所述具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电压差被放大为控制信号VC，VC提供给控制器，所述控制器包含数模转换器(ADC)、数字逻辑控制电路和时钟电路，ADC将VC转换成数字信号；数字逻辑控制电路根据ADC提供的信号确定LDO需要提供的输出电流，并输出对应的控制字；时钟电路则给ADC和数字逻辑控制电路提供时钟信号。
3.根据权利要求2所述具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电流源和开关管均为MOS管，各开关管由数字逻辑控制电路输出的控制字调节通断，开关打开则该支路的电流提供给负载；开关关断则该支路无电流输出。
4.根据权利要求2或3所述具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，其特征在于，还包括为电流源提供适当偏置电压的偏置电路。
5.根据权利要求2或3所述具有大输出电流范围的低压差线性稳压器，其特征在于，ADC将误差放大器给出的控制电压VC转换成数字信号提供给数字逻辑控制电路；数字逻辑控制电路对其处理形成误差电压编码；根据误差电压编码和控制电压编码确定是否要改变LDO的输出电流：如果不需要改变输出电流，则保持控制电压编码，并将其作为新的控制电压编码；如果需要改变输出电流，则根据误差电压编码和控制电压编码产生新的控制电压编码；输出新的控制电压编码，即控制字，并刷新现有控制电压编码状态，为下一次处理做好准备。
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