CN108508954A - 一种超低功耗低压差线性稳压器 - Google Patents

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郎宁
杨发顺
陈国辉
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
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    • 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
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Abstract

本发明公开了一种超低功耗低压差线性稳压器，它包括：电压反馈放大器、缓冲级、输出级、限流保护电路和反馈采样电阻，电压反馈放大器与限流保护电路相连，限流保护电路与缓冲级相连，缓冲级与输出级相连，输出级输出端与反馈采样电阻相连产生反馈电压VFB接入到电压反馈放大器；解决了现有技术的低压差线性稳压器电路由于参考源、放大器、缓冲器以及限流电路等众多模块的存在；导致静态电流很难做到很低、功耗比较大等技术问题。

Description

一种超低功耗低压差线性稳压器
技术领域
本发明属于集成电源技术领域，尤其涉及一种超低功耗低压差线性稳压器。
背景技术
随着科学的进步和电子商务的发展，人们对消费类和便捷式应用的电源管理芯片的要求也越来越高。便捷式电子产品在日常生活中扮演着至关重要的角色，不管是平板、手机、掌上电脑或者是以电池供电的其他便捷式电子产品，都会有不同的功能模块，同一个电子产品中的不同模块可能需求不同数值的电流或电压，没有稳定的电流或电压，电子产品就不能正常工作。如果想要稳定的电流和电压，仅采用传统的变压器是远远达不到要求的，解决这一问题需要一种不随供电电压、负载大小和工作环境的变化而变化的稳压器，将不稳定的电压转换成稳定的、持续不断的电压，或者是将波动值降低到可接受的范围之内，以提高电池效率、延长电源供电时间和电源使用寿命。低压差线性稳压器电路（Low DropoutRegulator，LDO）的输入输出电压差很低，且不随负载电流、输入电压、温度和时间的变化而变化，可以保证系统有稳定的输出电压。
传统的低压差线性稳压器电路的转换效率并不高，输入输出电压差很大；早期标准线性稳压器采用NPN达林顿管作为调整管，其压差在2.5V~3V之间。其后的LDO线性稳压器改用PNP和NPN（LDO）结构后，其压降降为1.2V~1.5V之间。之后的低压差线性稳压器采用PNP管作为调整管，其压降可以降到0.3V~0.6V之间；由于参考源、放大器、缓冲器以及限流电路等众多模块的存在（见图2），静态电流很难做到很低，功耗比较大。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种超低功耗低压差线性稳压器，以解决现有技术的低压差线性稳压器电路由于参考源、放大器、缓冲器以及限流电路等众多模块的存在；导致静态电流很难做到很低、功耗比较大等技术问题。
本发明技术方案
一种超低功耗低压差线性稳压器，它包括：电压反馈放大器、缓冲级、输出级、限流保护电路和反馈采样电阻，电压反馈放大器与限流保护电路相连，限流保护电路与缓冲级相连，缓冲级与输出级相连，输出级输出端与反馈采样电阻相连产生反馈电压VFB接入到电压反馈放大器。
所述电压反馈放大器包括耗尽型NMOS管M1、增强型NMOS管M2、增强型PMOS管M6和增强型PMOS管M7，耗尽型NMOS管M1的栅极和源极相连，漏极与增强型PMOS管M6的漏极相连，增强型NMOS管M2的栅极与反馈电压VFB相连，漏极分别与增强型PMOS管M7的漏极和增强型PMOS管M4的源极并联，增强型PMOS管M6的栅极分别与增强型PMOS管M6的漏极和增强型PMOS管M7的栅极并联。
所述缓冲级包括电阻R3，增强型NMOS管M5和增强型PMOS管M9，增强型PMOS管M9的漏极分别与增强型PMOS管M9的栅极和增强型NMOS管M5的漏极并连，增强型NMOS管M5的漏极的源极与电阻R3相连。
限流保护电路包括电阻R3，增强型NMOS管M3，增强型PMOS管M4和增强型PMOS管M8，增强型PMOS管M4的源极分别与增强型NMOS管M2的漏极和增强型NMOS管M5的栅极并连，增强型PMOS管M4的栅极分别与增强型PMOS管M8的漏极和增强型PMOS管M3的漏极并连，增强型PMOS管M3的栅极分别与电阻R3和增强型NMOS管M5的源极并连，增强型PMOS管M8的栅极与增强型PMOS管M6的栅极相连。
反馈采样电阻包括电阻R1和电阻R2，电阻R1与电阻R2串联组成的分压网络产生反馈电压VFB。
输出级包括增强型PMOS管M10，增强型PMOS管M10的栅极与增强型PMOS管M9的栅极相连，漏极输出信号。
本发明的有益效果：
本发明的低压差线性稳压器采用增强型P型功率MOSFET做输出管，进一步降低输入输出电压差，并且使输出电压不随负载电流、输入电压、温度和时间的变化而变化，提高了电源转换效率、电源能量有效利用率和延长了电池使用寿命；低压差线性稳压器主要由5个部分构成，构成模块数量和器件数量少，所以便于集成化、体积小、低噪声，静态电流可以做到很低，并且功耗很小；解决了现有技术的低压差线性稳压器电路由于参考源、放大器、缓冲器以及限流电路等众多模块的存在，导致静态电流很难做到很低、功耗比较大等技术问题。
附图说明：
图1本发明结构示意图；
图2为现有技术的低压差线性稳压器结构示意图。
具体实施方式：
本发明的超低功耗LDO线性稳压器主要由5个部分构成，即电压反馈放大器、缓冲级、输出级、限流保护电路和反馈采样电阻。电压反馈放大器分别与缓冲级和限流保护电路相连，限流保护电路与缓冲级相连，缓冲级与输出级相连，输出级输出端与反馈采样电阻相连产生反馈电压VFB接入到电压反馈放大器。
电压反馈放大器：由耗尽型NMOS管M1，增强型NMOS管M2，增强型PMOS管M6，增强型PMOS管M7构成。耗尽型NMOS管M1的栅极和源极相连，漏极与增强型PMOS管M6的漏极相连，增强型NMOS管M2的栅极与反馈电压VFB相连，漏极分别与增强型PMOS管M7的漏极和增强型PMOS管M4的源极并联，增强型PMOS管M6的栅极分别与增强型PMOS管M6的漏极和增强型PMOS管M7的栅极并联。耗尽型NMOS管M1产生的IREF流过增强型PMOS管M6，定义了增强型PMOS管M6，增强型PMOS管M7的栅源电压，使得VGS6= VGS67。适当调整增强型PMOS管M7的宽长比，可以控制流过增强型PMOS管M7支路的电流。
缓冲级：由电阻R3，增强型NMOS管M5和增强型PMOS管M9构成。增强型PMOS管M9的漏极分别与增强型PMOS管M9的栅极和增强型NMOS管M5的漏极并连，增强型NMOS管M5的漏极的源极与电阻R3相连。增强型PMOS管M9作为增强型NMOS管M5的负载，增强型NMOS管M5的源极给增强型NMOS管M3提供栅极电压偏置，通过调整电阻R3阻值的大小，从而定义增强型NMOS管M5，增强型PMOS管M9，电阻R3串联支路的静态电流。
限流保护电路：考虑到芯片在极端情况下有可能被损坏，加入防止短路的过压过流保护电路。电阻R3，增强型NMOS管M3，增强型PMOS管M4和增强型PMOS管M8构成限流电路。增强型PMOS管M4的源极分别与增强型NMOS管M2的漏极和增强型NMOS管M5的栅极并连，增强型PMOS管M4的栅极分别与增强型PMOS管M8的漏极和增强型PMOS管M3的漏极并连，增强型PMOS管M3的栅极分别与电阻R3和增强型NMOS管M5的源极并连，增强型PMOS管M8的栅极与增强型PMOS管M6的栅极相连。增强型PMOS管M9和增强型PMOS管M10构成电流源产生IREF流过电阻R3，产生一个压降VGS3，当LDO正常工作时，VGS3小于增强型NMOS管M3的阈值电压，增强型NMOS管M3关闭，因此增强型PMOS管M4也关闭，不会影响增强型NMOS管M5的栅极电压；当LDO负载电流过大时，VGS3大于增强型NMOS管M3的阈值电压，增强型NMOS管M3导通，因此增强型PMOS管M4也导通，增强型NMOS管M5的栅极电压被拉高，从而限制输出电流。
反馈采样电阻：取样电路采用电阻分压结构，输出电压VOUT经过电阻R1，电阻R2组成的分压网络产生反馈电压VFB，该反馈电压经增强型NMOS管M2与参考基准电压源相比较，从而使得LDO的输出电压与参考基准电压成比例关系。
输出级：增强型PMOS管M10为功率输出管，采用增强型PMOS管。增强型PMOS管M10的栅极与增强型PMOS管M9的栅极相连，漏极输出信号。这样使漏失电压Vdropout（是指未经稳压输入和稳压后输出之间的最小电压差）较小，一般为MOS管的饱和压降，在毫伏量级。Rc，Cc以及Cz的作用是环路补偿。

Claims (6)

1.一种超低功耗低压差线性稳压器，它包括：缓冲级和限流保护电路，其特征在于：电压反馈放大器与限流保护电路相连，限流保护电路与缓冲级相连，缓冲级与输出级相连，输出级输出端与反馈采样电阻相连产生反馈电压VFB接入到电压反馈放大器。
2.根据权利要求1所述的一种超低功耗低压差线性稳压器，其特征在于：所述电压反馈放大器包括耗尽型NMOS管M1、增强型NMOS管M2、增强型PMOS管M6和增强型PMOS管M7，耗尽型NMOS管M1的栅极和源极相连，漏极与增强型PMOS管M6的漏极相连，增强型NMOS管M2的栅极与反馈电压VFB相连，漏极分别与增强型PMOS管M7的漏极和增强型PMOS管M4的源极并联，增强型PMOS管M6的栅极分别与增强型PMOS管M6的漏极和增强型PMOS管M7的栅极并联。
3.根据权利要求1所述的一种超低功耗低压差线性稳压器，其特征在于：所述缓冲级包括电阻R3，增强型NMOS管M5和增强型PMOS管M9，增强型PMOS管M9的漏极分别与增强型PMOS管M9的栅极和增强型NMOS管M5的漏极并连，增强型NMOS管M5的漏极的源极与电阻R3相连。
4.根据权利要求1所述的一种超低功耗低压差线性稳压器，其特征在于：限流保护电路包括电阻R3，增强型NMOS管M3，增强型PMOS管M4和增强型PMOS管M8，增强型PMOS管M4的源极分别与增强型NMOS管M2的漏极和增强型NMOS管M5的栅极并连，增强型PMOS管M4的栅极分别与增强型PMOS管M8的漏极和增强型PMOS管M3的漏极并连，增强型PMOS管M3的栅极分别与电阻R3和增强型NMOS管M5的源极并连，增强型PMOS管M8的栅极与增强型PMOS管M6的栅极相连。
5.根据权利要求1所述的一种超低功耗低压差线性稳压器，其特征在于：反馈采样电阻包括电阻R1和电阻R2，电阻R1与电阻R2串联组成的分压网络产生反馈电压VFB。
6.根据权利要求1所述的一种超低功耗低压差线性稳压器，其特征在于：输出级包括增强型PMOS管M10，增强型PMOS管M10的栅极与增强型PMOS管M9的栅极相连，漏极输出信号。
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