CN107479615B - 一种加快稳定电源输出电压的方法 - Google Patents

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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
    • G05F1/575—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 characterised by the feedback circuit

Abstract

本发明涉及一种加快稳定电源输出电压的方法。所述方法包括以下步骤：设定工作设定值；设定启停设定值；确定是否需要调整；释放电荷；判断是否停止释放电荷；补充电荷；判断是否停止补充电荷；输出电压正常。本发明利用电荷泵，可以将电容C3上的电压提升到高于LDO输入电压VDD的值，根据电容储能公式，可知电容值一样的条件下，电容上的电压V越高，存储的电荷越多，所以可以用较小的电容面积，来获得大电容一样的补偿效果；本发明中电容电压提升后，也会减少电荷流经开关S4时的损耗，降低芯片的发热，获得更好的稳定性；本发明将多余的电荷回收存储到C2，并转移到电容C3处，待负载加大时重新补充回去利用，提升了电池的续航能力。

Description

一种加快稳定电源输出电压的方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种加快稳定电源输出电压的方法。
背景技术
随着便携式及手持电子设备的迅速普及，电源管理技术的研究急剧增加。电源管理的主要目的是提高功率器件的效率，从而延长电池寿命和设备的使用时间。电源管理系统一般包含多个子系统，包括线性稳压器，开关稳压器，以及控制逻辑单元等。其中控制逻辑单元可以控制各子系统的工作状态，例如开启和关闭，以及改变输出电压电平，从而优化整个系统的功耗。
LDO(Low Dropout Regulator)是用于提供一个恒定的电压，属于一类线性稳压器，具有改善电源效率的特点。LDO的主要优点有：电路简单，输出噪声低，低功耗。非常适合RF电路，音频放大器以及锂电池等应用环境。另外，由于LDO易于片上集成，使得它更适合于片上电源管理系统。因此，LDO在现代各类电子设备中应用广泛。
电路通过反馈电阻R1和R2检测输出电压VOUT的变化，然后利用一个误差放大器对VFB与参考电压Vref进行比较，之后进行误差放大，然后控制调整管的栅极电压，从而形成了负反馈路径，实时调整LDO的输出电压。由调整管，电阻反馈网络和控制电路构成的负反馈环路使得当VIN>VOUT时，根据电流的大小改变调整管的导通能力，使VOUT在一定负载范围内保持恒定输出。LDO通常应用于需要低噪声，高精度供电的应用场合。为在不同的负载条件下提供恒定的输出电压，LDO必须具备包括应对不同瞬态电流和负载阻抗快速调整的能力。
对于传统LDO来说，当负载电流突然增大时，由于环路带宽限制，调整管还来不及产生相应大小的电流，此时输出端大电容迅速对输出放电，为负载提供电流。随着电容放电，LDO输出电压迅速降低。当调整管栅极电压降到最低值时LDO的输出电压停止降低，此时输出电压达到最小值Vout-Vdip。当Vdip过大，导致LDO的输出电压Vout波动超出后端电路的允许波动范围，会导致后端电路出现不稳定甚至异常，所以必须避免这种情况出现。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种加快稳定电源输出电压的方法，用较小的电容面积，来获得大电容一样的补偿效果，减少电荷流经开关时的损耗，降低芯片的发热，获得更好的稳定性，提升了电池的续航能力。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种加快稳定电源输出电压的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：设定工作设定值；设定输出电压Vout的工作设定值为Va，可接受电压变化差值为Vb；
步骤二：设定启停设定值；记电容C2和C3的电压差为VΔ＝VC3-VC2，设定启停设定值为Vset；
步骤三：确定是否需要调整；当输出电压Vout>Va+Vb时，说明输出端电压过高，需要释放电荷；当输出电压Vout<Va-Vb时，说明输出端电压过低，需要补充电荷；当Va+Vb>Vout>Va-Vb时，说明输出电压Vout处于正常工作范围；
步骤四：释放电荷；当需要释放电荷时，控制开关S1闭合，让多余的电荷通过开关S1进入电容C2；
步骤五：判断是否停止释放电荷；当电压差VΔ<启停设定值Vset时，电荷泵启动，开关S2和开关S3闭合，将电荷由电容C2抽取至电容C3，通过此控制回路，保证电容C2和电容C3始终处于合适的电压；此时，电容C2的电压低于Vout，电容C3的电压高于输出电压Vout，可以随时进行峰值补偿；
步骤六：补充电荷；当需要补充电荷时，控制开关S4闭合，让存储在电容C3中的电荷通过开关S4补充给输出端，使电压不再继续下降；
步骤七：判断是否停止补充电荷；当电压差VΔ>启停设定值Vset时，电荷泵停止工作，减小功耗，开关S2和开关S3断开，电容C2和电容C3进行存贮电荷；
步骤八：输出电压正常；输出电压Vout处于正常工作范围时，开关S1和开关S4断开，此时，补偿系统不工作。
作为本发明的一种优选方式，所述电荷泵为单向电荷泵，用于将A端的电荷泵出到B端，实现电荷的转移。
作为本发明的一种优选方式，所述启停设定值Vset设置为2倍的输出电压Vout。
作为本发明的一种优选方式，所述输出电压Vout是采用电压检测及控制电路进行检测。
作为本发明的一种优选方式，所述电压检测及控制电路还检测电荷泵抽取端A和泵出端B之间的电压差，并根据其状态控制开关S1、S2、S3和S4的开启与关断，以及电荷泵的启停。
本发明的有益效果为：
1、本发明利用电荷泵，可以将电容C3上的电压提升到高于LDO输入电压VDD的值，根据电容储能公式，可知电容值一样的条件下，电容上的电压V越高，存储的电荷越多，所以可以用较小的电容面积，来获得大电容一样的补偿效果。
2、本发明中电容电压提升后，也会减少电荷流经开关S4时的损耗，降低芯片的发热，获得更好的稳定性。
3、本发明将多余的电荷回收存储到C2，并转移到电容C3处，待负载加大时重新补充回去利用，提升了电池的续航能力。
附图说明
图1为一种加快稳定电源输出电压的方法电路结构示意图；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种加快稳定电源输出电压的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：设定工作设定值；设定输出电压Vout的工作设定值为Va，可接受电压变化差值为Vb；
步骤二：设定启停设定值；记电容C2和C3的电压差为VΔ＝VC3-VC2，设定启停设定值为Vset；
步骤三：确定是否需要调整；当输出电压Vout>Va+Vb时，说明输出端电压过高，需要释放电荷；当输出电压Vout<Va-Vb时，说明输出端电压过低，需要补充电荷；当Va+Vb>Vout>Va-Vb时，说明输出电压Vout处于正常工作范围；
步骤四：释放电荷；当需要释放电荷时，控制开关S1闭合，让多余的电荷通过开关S1进入电容C2；
步骤五：判断是否停止释放电荷；当电压差VΔ<启停设定值Vset时，电荷泵启动，开关S2和开关S3闭合，将电荷由电容C2抽取至电容C3，通过此控制回路，保证电容C2和电容C3始终处于合适的电压；此时，电容C2的电压低于Vout，电容C3的电压高于输出电压Vout，可以随时进行峰值补偿；
步骤六：补充电荷；当需要补充电荷时，控制开关S4闭合，让存储在电容C3中的电荷通过开关S4补充给输出端，使电压不再继续下降；
步骤七：判断是否停止补充电荷；当电压差VΔ>启停设定值Vset时，电荷泵停止工作，减小功耗，开关S2和开关S3断开，电容C2和电容C3进行存贮电荷；
步骤八：输出电压正常；输出电压Vout处于正常工作范围时，开关S1和开关S4断开，此时，补偿系统不工作。
作为本发明的一种优选方式，所述电荷泵为单向电荷泵，用于将A端的电荷泵出到B端，实现电荷的转移。
作为本发明的一种优选方式，所述启停设定值Vset设置为2倍的输出电压Vout。
作为本发明的一种优选方式，所述输出电压Vout是采用电压检测及控制电路进行检测。
作为本发明的一种优选方式，所述电压检测及控制电路还检测电荷泵抽取端A和泵出端B之间的电压差，并根据其状态控制开关S1、S2、S3和S4的开启与关断，以及电荷泵的启停。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种加快稳定电源输出电压的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：设定工作设定值；设定输出电压Vout的工作设定值为Va，可接受电压变化差值为Vb；
步骤二：设定启停设定值；记电容C2和C3的电压差为VΔ＝VC3-VC2，设定启停设定值为Vset；
步骤三：确定是否需要调整；当输出电压Vout>Va+Vb时，说明输出端电压过高，需要释放电荷；当输出电压Vout<Va-Vb时，说明输出端电压过低，需要补充电荷；当Va+Vb>Vout>Va-Vb时，说明输出电压Vout处于正常工作范围；
步骤四：释放电荷；当需要释放电荷时，控制开关S1闭合，让多余的电荷通过开关S1进入电容C2；
步骤五：判断是否停止释放电荷；当电压差VΔ<启停设定值Vset时，电荷泵启动，开关S2和开关S3闭合，将电荷由电容C2抽取至电容C3，通过此控制回路，保证电容C2和电容C3始终处于合适的电压；此时，电容C2的电压低于Vout，电容C3的电压高于输出电压Vout，可以随时进行峰值补偿；
步骤六：补充电荷；当需要补充电荷时，控制开关S4闭合，让存储在电容C3中的电荷通过开关S4补充给输出端，使电压不再继续下降；
步骤七：判断是否停止补充电荷；当电压差VΔ>启停设定值Vset时，电荷泵停止工作，减小功耗，开关S2和开关S3断开，电容C2和电容C3进行存贮电荷；
步骤八：输出电压正常；输出电压Vout处于正常工作范围时，开关S1和开关S4断开，此时，补偿系统不工作。
2.根据权利要求1所述的一种加快稳定电源输出电压的方法，其特征在于，所述电荷泵为单向电荷泵，用于将A端的电荷泵出到B端，实现电荷的转移。
3.根据权利要求1所述的一种加快稳定电源输出电压的方法，其特征在于，所述启停设定值Vset设置为2倍的输出电压Vout。
4.根据权利要求1所述的一种加快稳定电源输出电压的方法，其特征在于，所述输出电压Vout是采用电压检测及控制电路进行检测。
5.根据权利要求4所述的一种加快稳定电源输出电压的方法，其特征在于，所述电压检测及控制电路还检测电荷泵抽取端A和泵出端B之间的电压差，并根据其状态控制开关S1、S2、S3和S4的开启与关断，以及电荷泵的启停。
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