CN110647205A - 一种无片外电容ldo电路和电源管理系统 - Google Patents

一种无片外电容ldo电路和电源管理系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种无片外电容LDO电路和电源管理系统，其中无片电容LDO电路包括：负载电流检测模块、比较器模块和误差放大器模块；负载电流检测模块用于检测连接在电源管理系统的负载的负载电流；比较器模块、误差放大器模块均和负载电流检测模块的输出端连接，使得当负载电流小于预置低负载电流阈值时，由比较器模块调节电源管理系统的输出电压；当负载电流大于预置低负载电流阈值时，由误差放大器模块调节电源管理系统的输出电压，解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压的技术问题。

Description

一种无片外电容LDO电路和电源管理系统
技术领域
本申请电源管理技术领域，尤其涉及一种无片外电容LDO电路和电源管理系统。
背景技术
随着科学技术的发展，智能手机和可穿戴设备等电子设备相继出现。然而，现有的电子设备中元件繁杂，包括中央处理器(CPU)、芯片组、图像芯片及内存等，基于省电的目的，这些元件需根据不同的情境提供不同的效率，也就是说这些元件可能会分别处于休眠、低速运转及高速运转等不同状态。因此，对于电源管理系统的研究显得至关重要。
无片外电容LDO(low dropout regulator)作为电源管理系统的重要组成部分，因其成本低、体积小的优点在上述的电子设备中得到了广泛的应用。现有的无片外电容LDO虽然可以对电源管理系统起到一点的调节作用，但是在低负载电流(负载电流大于1mA)时，不能稳定地调节电源管理系统的输出电压。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种无片外电容LDO电路和电源管理系统，解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压的技术问题。
本申请第一方面提供了一种无片外电容LDO电路，包括：负载电流检测模块、比较器模块和误差放大器模块；
所述负载电流检测模块，用于检测连接在电源管理系统的负载的负载电流；
所述比较器模块、所述误差放大器模块均和所述负载电流检测模块的输出端连接，使得当所述负载电流小于预置低负载电流阈值时，由所述比较器模块调节所述电源管理系统的输出电压；当所述负载电流大于预置低负载电流阈值时，由所述误差放大器模块调节所述电源管理系统的输出电压。
可选地，还包括与非门；
所述比较器模块、所述误差放大器模块均通过所述与非门和所述负载电流检测模块的输出端连接。
可选地，所述误差放大器模块包括：误差放大器AMP、功率管Mpa、电阻R1、电阻R2和输出电容Cload；
所述电阻R1的第一端和所述误差放大器AMP的输出端连接，第二端和所述误差放大器AMP的正向输入端、所述电阻R2的第一端连接；
所述电阻R2的第二端接地；
所述误差放大器AMP的反向输入端外接有基准电压，输出端连接有所述输出电容Cload、所述功率管Mpa。
可选地，所述比较器模块包括：比较器CMP和功率管Mdig；
所述比较器CMP的正向输入端和所述电阻R1的第二端连接，反向输入端和所述与非门的输出端连接，输出端连接有所述输出电容Cload、所述功率管Mdig；
所述与非门的第二输入端外接有所述基准电压。
可选地，所述比较器模块、所述误差放大器模块均和所述负载电流检测模块的输出端直接连接。
可选地，所述预置低负载电流阈值包括：600uA。
本申请第二方面提供了一种电源管理系统，其特征在于，包括如上述第一方面所述的无片外电容LDO电路。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
鉴于上述背景技术中的技术问题，发明人在研究现有技术后发现，现有的无片外电容LDO电路采用比较器CMP，对电源管理系统的输出电压进行调节，该结构无片外电容LDO电路在低负载电流时，不能稳定地调节电源管理系统的输出电压。
本申请提供的无片外电容LDO电路，包括：负载电流检测模块、比较器模块和误差放大器模块；负载电流检测模块用于检测连接在电源管理系统的负载的负载电流；比较器模块、误差放大器模块均和负载电流检测模块的输出端连接，使得当负载电流小于预置低负载电流阈值时，由比较器模块调节电源管理系统的输出电压；当负载电流大于预置低负载电流阈值时，由误差放大器模块调节电源管理系统的输出电压，即本申请中通过对负载电路进行检测，根据负载电流和预置低负载电流阈值之间的大小关系，合理选择电源管理系统的调节模块，且由于比较器模块在低负载电流条件下，输出电压纹波很小(几毫伏内)，在可接受的变化范围内，使得电源管理系统在低负载电流时也可以稳定地调节电源管理系统的输出电压。因此，本申请结合比较器模块和误差放大器模块，使得电源管理系统在满足负载电流取值范围的基础上，使得在低负载电流时，同样可以稳定地调节电源管理系统的输出电压，从而解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中一种无片外电容LDO电路的实施例的流程示意图；
图2为本申请实施例中一种无片外电容LDO电路的仿真示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种无片外电容LDO电路和电源管理系统，解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显热，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或者术语解释如下：
LDO，low dropout regulator，低压差线性稳压器。
无片外电容LDO，无外接电容、片上集成LDO。
以便于理解，下面对本申请中的一种无片外电容LDO电路进行详细说明。
请参阅图1，图1为本申请实施例中一种无片外电容LDO电路的实施例一的结构示意图，具体包括：负载电流检测模块、比较器模块和误差放大器模块；负载电流检测模块，用于检测连接在电源管理系统的负载的负载电流Iload；比较器模块、误差放大器模块均和负载电流检测模块的输出端连接，使得当负载电流Iload小于预置低负载电流Iload阈值时，由比较器模块调节电源管理系统的输出电压Vout；当负载电流Iload大于预置低负载电流Iload阈值时，由误差放大器模块调节电源管理系统的输出电压Vout。
需要说明的是，预置低负载电流Iload预置阈值的大小可以根据需要进行选择，本实施例中，在此不做具体限定。
可以理解的是，负载电流检测模块可以是现有的电流采集器等结构。
本实施例中的无片外电容LDO电路，通过对负载电路进行检测，根据负载电流Iload和预置低负载电流Iload阈值之间的大小关系，合理选择电源管理系统的调节模块，且由于比较器模块在低负载电流Iload条件下，输出电压Vout纹波很小(几毫伏内)，在可接受的变化范围内，使得电源管理系统在低负载电流Iload时也可以稳定地调节电源管理系统的输出电压Vout。因此，本申请结合比较器模块和误差放大器模块，使得电源管理系统在满足负载电流Iload取值范围的基础上，使得在低负载电流Iload时，同样可以稳定地调节电源管理系统的输出电压Vout，从而解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流Iload时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压Vout的技术问题。
以上为本申请实施例提供的一种无片外电容LDO电路的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种无片外电容LDO电路的实施例二。
请参阅图1，本申请实施例中一种无片外电容LDO电路的实施例二的结构示意图，具体包括：负载电流检测模块、比较器模块和误差放大器模块；负载电流检测模块，用于检测连接在电源管理系统的负载的负载电流Iload；比较器模块、误差放大器模块均和负载电流检测模块的输出端连接，使得当负载电流Iload小于预置低负载电流Iload阈值时，由比较器模块调节电源管理系统的输出电压Vout；当负载电流Iload大于预置低负载电流Iload阈值时，由误差放大器模块调节电源管理系统的输出电压Vout。
具体地，比较器模块、误差放大器模块和负载电流检测模块的连接可以是直接连接也可以是间接连接。直接连接即比较器模块的输入端、误差放大器模块的输入端直接和负载电流检测模块的输出端连接，负载电流检测模块的输出端的输出信号为Ven。间接连接即比较器模块的输入端、误差放大器模块的输入端通过某一个元件A和负载电流检测模块的输出端连接。可以理解的是，元件A可以是多种结构的，本实施例中采用与非门NAND实现。
具体地，本实施例中比较器模块、误差放大器模块通过与非门和负载电流检测模块间接连接时，误差放大器模块可以包括：误差放大器AMP、功率管Mpa、电阻R1、电阻R2和输出电容Cload；电阻R1的第一端和误差放大器AMP的输出端连接，第二端和误差放大器AMP的正向输入端、电阻R2的第一端连接；电阻R2的第二端接地；误差放大器AMP的反向输入端外接有基准电压Vref，输出端连接有输出电容Cload、功率管Mpa。
需要说明的是，比较器模块可以包括：比较器CMP和功率管Mdig；比较器CMP的正向输入端和电阻R1的第二端连接，反向输入端和与非门的输出端连接，输出端连接有输出电容Cload、功率管Mdig；与非门的第二输入端外接有基准电压Vref。
需要说明的是，本实施例中的预置低负载电流Iload阈值包括：600uA。可以理解的是，为了防止输出电压Vout的纹波较大，本实施例中设置预置低负载电流Iload预置大于1mA，有冗余。
本实施例中的无片外电容LDO电路在使用时，当负载电流检测模块检测到的负载电流Iload大于600uA时(低负载电流Iload下)，Ven输出高电平，此时比较器模块工作，而误差放大器模块关闭，电源管理系统由比较器模块进行调整，输出电压Vout会存在纹波，但纹波很小(在几个毫伏内)。当负载电流Iload小于600uA时，Ven输出低电平，误差放大器模块工作，比较器模块关闭，输出电压Vout由误差放大器模块进行调节，这样使得不管负载电流Iload小于或者大于600uA时，都可以使得电源管理系统的输出电压Vout相对的稳定在基准电压Vref附近。这种结构既解决了无片外电容LDO的稳定性问题，又不影响整个LDO的增益和带宽。
可以理解的是，比较器模块和误差放大器模块要工作，需外接有Vin作为工作电压。
如图2所示，为负载电流Iload在0-100mA跳变下，该LDO的瞬态响应。负载电流Iload为0-600uA时，输出电压Vout由比较器模块进行调整，因此输出电压Vout只有很小的纹波，图中Vref为基准电压为直线。
本实施例中的无片外电容LDO电路，通过对负载电路进行检测，根据负载电流Iload和预置低负载电流Iload阈值之间的大小关系，合理选择电源管理系统的调节模块，且由于比较器模块在低负载电流Iload条件下，输出电压Vout纹波很小(几毫伏内)，在可接受的变化范围内，使得电源管理系统在低负载电流Iload时也可以稳定地调节电源管理系统的输出电压Vout。因此，本申请结合比较器模块和误差放大器模块，使得电源管理系统在满足负载电流Iload取值范围的基础上，使得在低负载电流Iload时，同样可以稳定地调节电源管理系统的输出电压Vout，从而解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流Iload时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压Vout的技术问题。
以上为本申请实施例提供的一种无片外电容LDO电路的实施例二，以下为本申请实施例提供的一种电源管理系统的实施例。
本实施例中的电源管理系统包括：实施例一或实施例二的一种无片外电容LDO电路。
本实施例中的无片外电容LDO电路，通过对负载电路进行检测，根据负载电流和预置低负载电流阈值之间的大小关系，合理选择电源管理系统的调节模块，且由于比较器模块在低负载电流条件下，输出电压纹波很小(几毫伏内)，在可接受的变化范围内，使得电源管理系统在低负载电流时也可以稳定地调节电源管理系统的输出电压。因此，本申请结合比较器模块和误差放大器模块，使得电源管理系统在满足负载电流取值范围的基础上，使得在低负载电流时，同样可以稳定地调节电源管理系统的输出电压，从而解决了现有无片外电容LDO电路，在低负载电流时，不能稳定地调节电源管理系统输出电压的技术问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种无片外电容LDO电路，其特征在于，包括：负载电流检测模块、比较器模块和误差放大器模块；
所述负载电流检测模块，用于检测连接在电源管理系统的负载的负载电流；
所述比较器模块、所述误差放大器模块均和所述负载电流检测模块的输出端连接，使得当所述负载电流小于预置低负载电流阈值时，由所述比较器模块调节所述电源管理系统的输出电压；当所述负载电流大于预置低负载电流阈值时，由所述误差放大器模块调节所述电源管理系统的输出电压。
2.根据权利要求1所述的无片外电容LDO电路，其特征在于，还包括与非门；
所述比较器模块、所述误差放大器模块均通过所述与非门和所述负载电流检测模块的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的无片外电容LDO电路，其特征在于，所述误差放大器模块包括：误差放大器AMP、功率管Mpa、电阻R1、电阻R2和输出电容Cload；
所述电阻R1的第一端和所述误差放大器AMP的输出端连接，第二端和所述误差放大器AMP的正向输入端、所述电阻R2的第一端连接；
所述电阻R2的第二端接地；
所述误差放大器AMP的反向输入端外接有基准电压，输出端连接有所述输出电容Cload、所述功率管Mpa。
4.根据权利要求3所述的无片外电容LDO电路，其特征在于，所述比较器模块包括：比较器CMP和功率管Mdig；
所述比较器CMP的正向输入端和所述电阻R1的第二端连接，反向输入端和所述与非门的输出端连接，输出端连接有所述输出电容Cload、所述功率管Mdig；
所述与非门的第二输入端外接有所述基准电压。
5.根据权利要求1所述的无片外电容LDO电路，其特征在于，所述比较器模块、所述误差放大器模块均和所述负载电流检测模块的输出端直接连接。
6.根据权利要求1所述的无片外电容LDO电路，其特征在于，所述预置低负载电流阈值包括：600uA。
7.一种电源管理系统，其特征在于，包括如上述权利要求1至6中任一项所述的无片外电容LDO电路。
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