CN109857182B - 一种线性稳压电路及芯片 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种线性稳压电路，包括：运算放大电路、功率放大电路、输出级电路和第一反馈电路；其中，运算放大电路的输出端与功率放大电路输入端电性连接；功率放大电路的输出端与输出级电路输入端电性连接，功率放大电路为轨对轨输出型功率放大电路；第一反馈电路输入端与输出级电路输出端电性连接，第一反馈电路输出端还与运算放大电路的输入端电性连接。一种线性电源芯片包含前述的线性稳压电路。

Description

一种线性稳压电路及芯片

技术领域

本设计电子电路领域，特别涉及一种线性稳压电路及一种线性稳压芯片。

背景技术

目前在电子电路设计中，一般采用低压差线性稳压器(LDO：low dropoutregulator)为处理器供电。本申请的发明人发现，在目前的低压差线性稳压电路中，由于缓冲级电路中的输出的电压范围较小，导致在需要较大功率输出时，线性电源所需的供电电压较高，难以满足使用要求。

发明内容

本申请的一个实施例提供了一种线性稳压电路，包括：运算放大电路、功率放大电路、输出级电路和第一反馈电路；其中，所述运算放大电路的输出端与所述功率放大电路输入端电性连接；所述功率放大电路的输出端与所述输出级电路输入端电性连接，所述功率放大电路为轨对轨输出型功率放大电路；所述第一反馈电路输入端与所述输出级电路输出端电性连接，所述第一反馈电路输出端还与所述运算放大电路的输入端电性连接。

在上述电路中，由于该线性稳压电路中的缓冲级采用轨对轨输出的功率放大电路，该缓冲级可以输出较大电压范围的输出级控制信号。这样，在需要输出较大功率时，对于相同的功率输出，本稳压电路需要的输入电源值可以更低。同时，由于在本电路中的输出级采用功率放大电路，该电路存在较小的输出阻抗和较小的缓冲级输入电容，可以有效改善稳压电路的极点配置，进而使得本线性稳压电路的拥有更好的动态特性，从而提高了该线性稳压电路的稳定裕度和负载能力。

本申请的一个实施例还提供了一种芯片，包括前述线性稳压电路。

在利用上述芯片中包含的线性稳压电路提供电能时，当需要输出较大功率时，输入电源和输出电源之间的压差可以更低。同时，该稳压电路还具有改善的交流特性，其稳定裕度和负载能力更高。通过把前述线性稳压电路封装在芯片内，可以使得布线面积进一步缩小，且稳定性可以进一步提高。

附图说明

图1为本申请所提供的一个实施例，示出了线性稳压电路1000的原理示意图。

图1a为本申请所提供的一个实施例，示出了线性稳压电路1000的传输特性示意图。

图2为本申请所提供的一个实施例，示出了线性稳压电路2000的原理示意图。

图2a为本申请所提供的一个实施例，示出了线性稳压电路2000的传输特性示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，有关“一种线性稳压电路及芯片”，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不偏离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，予以声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的技术范围。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或信号等，但这些元件或信号不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一元件与另一元件，或者一信号与另一信号。另外，如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的所有组合。

如图1所示，为本申请所提供的一个实施例，示出了线性稳压电路1000的原理示意图。线性稳压电路1000包括：运算放大电路P1、功率放大电路P2、P沟道场效应管Q1和基准电源Vref。

基准电源Vref与运算放大电路P1的负输入端电性连接，为线性稳压电路1000提供电压基准。输入电源VDD分别与运算放大电路P1的电源输入端、功率放大电路P2的电源输入端以及场效应管Q1的源极电性连接。输入电源VDD为维持运算放大电路P1、功率放大电路P2和场效应管Q1的正常工作提供电能。

运算放大电路P1作为输入级，其输出端与功率放大电路P2的输出端电性连接。功率放大电路P2作为缓冲级，为轨对轨输出型功率放大电路。功率放大电路P2的输出端与场效应管Q1的栅极电性连接。场效应管Q1作为输出级，场效应管Q1的漏极为线性稳压电路1000的输出端，场效应管Q1的漏极与负载电容CL和负载电阻RL电性连接。第一反馈电路FB1的输入端与场效应管Q1漏极电性连接，第一反馈电路FB1的输出端还与运算放大电路P1的正输入端电性连接。

由于功率放大电路P2为输出轨对轨型功率放大电路，功率放大电路P2输出最大最小值接近全摆幅。根据一般场效应管的控制特性可以知道，流经场效应管Q的漏极和源极的电流与场效应管Q1的栅源电压差正相关。

由于采用轨对轨型功率放大电路P2作为缓冲级，在重载时，功率放大电路P2的输出电压可以更接近GND。从而，利用较小的输入电源VDD与输出电压Vo的差值，即可产生较大的场效应管Q1的栅源电压差，进而可以产生较大的输出电流。即，对于相同的电流输出要求，线性稳压电路1000的电源电压可以更小。

同时，对于相同的输入电源VDD与输出电压Vo的差值，由于采用轨对轨型功率放大电路P2作为缓冲级，功率放大电路P2的输出电压可以更高，即场效应管Q1的栅源电压差可以更大。所以对于相同的场效应管Q1线性稳压电路1000的输出电流可以更大；对于相同的电流输出要求，线性稳压电路1000可以采用相对较小功率的场效应管Q1。从而可以享受较小功率场效应管带来的较小布线面积和较低成本。

如图1a所示，为线性稳压电路1000的传输特性示意图。其中R1为运算放大电路P1的输出阻抗，A1为运算放大电路P1的增益。C2为功率放大电路P2的等效输入电容，R2为功率放大电路P2的输出阻抗，A2为功率放大电路P2的增益。C3为场效应管Q1栅源极之间的等效电容，A3为场效应管Q1的增益。K1为第一反馈电路FB1的增益。

如图1a所示，线性稳压电路1000存在三个极点分别是第一极点RL×CL、第二极点R1×C2和第三极点R2×C3。一般来说，场效应管Q1栅源极之间的等效电容C3和运算放大电路P1的输出阻抗R1相对比较大。较大的C3和R1往往会导致稳压电路的动态特性恶化。线性稳压电路1000通过引入功率放大电路P2作为缓冲级，可以提供较小的等效电容C2和较小的阻抗R2。从而使得第三极点R2×C3可以相对较小，同时第二极点R1×C2的数值也可以相对较小，由此可以改善线性稳压电路1000的交流特性，提高其稳定裕度。同时，线性稳压电路1000的负载能力也可比较强。

可选地，功率放大电路P2为反向放大器，此时基准电源Vref可以与运算放大电路P1的正输入端电性连接。第一反馈电路FB1的输出端可以与运算放大电路P1的负输入端电性连接。

可选地，运算放大电路P1为单级型运算放大电路。

可选地，功率放大电路P2为单级型功率放大电路。

可选地，功率放大电路P2为甲乙类(AB类)功率放大电路。

可选地，第一反馈电路FB1的反馈增益可以为1。第一反馈电路FB1还可以包含极点或者包含零点。

可选地，场效应管Q1可以换成其他单极性晶体管，还可以换成双极性晶体管。

作为可选方案，电路1000还可以不包括基准电源Vref，而由外部相似功能的电路替代基准电源Vref。

通过上述稳压电路，可以利用功率放大电路轨对轨输出的特点，对于同样输出电流可以提供较低的输入输出电压差；输入电压的情况下可以提供较大输出电流。通过上述稳压电路还可以提供较小的布线面积和设计成本。通过功率放大电路的低输出阻抗，可以改善上述电路的交流特性，增加稳定裕度和增加负载能力。

如图2所示，为本申请所提供的一个实施例，示出了线性稳压电路2000的原理示意图。线性稳压电路2000包括：基准源Vref、运算放大电路P1、功率放大电路P2、P沟道场效应管Q1、第一反馈电路FB1、第二反馈电路FB2。

如图2所示，基准源Vref与运算放大电路的负输入端电性连接，为线性稳压电路2000提供电压基准。输入电源VDD分别与运算放大电路P1的电源输入端、功率放大电路P2的电源输入端以及场效应管Q1的源极电性连接，输入电源VDD为线性稳压电路2000的各个组成部分提供电能。

如图2所示，运算放大电路P1作为输入级，其输出端与功率放大电路P2的正输入端电性连接。功率放大电路P2作为缓冲级，为轨对轨输出型功率放大电路。功率放大电路P2的输出端与场效应管Q1的栅极电性连接。场效应管Q1作为输出级，其漏极为线性稳压电路2000的输出端，场效应管Q1的漏极与负载电阻RL连接，场效应管Q1的漏极同时还与负载电容CL电性连接。

如图2所示，第一反馈电路FB1的输入端与场效应管Q1的漏极电性连接，第一反馈电路FB1的输出端与运算放大电路的正输入端电性连接。第二反馈电路FB2的输入端与功率放大电路P2的输出端电性连接，第二反馈电路FB2的输出端与功率放大电路的负输入端电性连接。

如图2a所示，为线性稳压电路2000的传输特性示意图。其中，R1为运算放大电路P1的输出阻抗。A1为运算放大电路P1的增益，C2为功率放大电路P2的等效输入电容，R2为功率放大电路P2的输出阻抗，A2为功率放大电路P2的增益。C3为场效应管Q1栅源极之间的等效电容，A3为场效应管Q1的增益。K1为第一反馈电路FB1的增益。K2为第二反馈电路FB2的增益，τ_z为第二反馈电路的极点。

线性稳压电路2000是在电路1000的基础上增加第二反馈电路FB2，而相应的，与电路1000相同的部分在此不再赘述。

线性稳压电路2000通过引入第二反馈电路FB2，可以进一步减小第三极点，由此，可以进一步改善线性稳压电路2000的交流特性，提高其稳定裕度和负载能力。同时，还可以通过在第二反馈电路FB2引入一个零点τ_z，使得线性稳压电路2000的传输函数增加一个零点τ_z。通过引入零点τ_z可以抵消第一极点RL×CL和第二极点R1×C2产生的滞后性，进而，进一步提高稳压电路2000的稳定裕度，同时使得稳压电路2000的负载能力进一步增强。

作为可选方案，第二反馈电路FB2还可以包含自动零点跟踪电路。

自动零点跟踪电路可以根据负载的变化自动地调整零点τ_z以获得更好的交流特性。

作为可选方案，第二反馈电路FB2还可以包含零点。第二反馈电路FB2也可以不包含零点和极点。

本申请还提供了一个实施例，为一种线性稳压芯片，包括上述线性稳压电路。

利用上述芯片中包含的线性稳压电路提供电能时，在输出较大功率时，输入电源和输出电源之间的压差可以更低。同时，利用该线性稳压芯片构成的电路还具有改善的交流特性，其稳定裕度和负载能力较高。通过把前述线性稳压电路封装在芯片内，可以使得布线面积进一步小，且稳定性进一步提高。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种线性稳压电路，其特征在于，包括：运算放大电路、功率放大电路、输出级电路和第一反馈电路；

其中，所述运算放大电路的输出端与所述功率放大电路输入端电性连接；

所述功率放大电路的输出端与所述输出级电路输入端电性连接，所述功率放大电路为轨对轨输出型功率放大电路；

所述第一反馈电路输入端与所述输出级电路输出端电性连接，所述第一反馈电路输出端还与所述运算放大电路的输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于，所述运算放大电路为单级运算放大电路。

3.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于，所述功率放大电路为单级功率放大电路。

4.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于，所述功率放大电路为甲乙类功率放大电路。

5.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于，还包括：

第二反馈电路，所述第二反馈电路的输入端与所述功率放大电路的输出端电性连接，所述第二反馈电路的输出端还与所述功率放大电路的输入端电性连接。

6.根据权利要求5所述的线性稳压电路，其特征在于，所述第二反馈电路包括自动零点跟踪电路。

7.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于，还包括基准源电路。

8.一种线性电源芯片，其特征在于，包含权利要求1～7所述的线性稳压电路。

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