CN110673680A - 一种线性稳压器电路 - Google Patents

Abstract

一种线性稳压器电路，包括限流电路(100)、电压检测电路(200)、采样电阻电路(300)、误差放大器(EA)以及第一MOS管(PM3)；第一MOS管(PM3)的源极与电源电路(400)连接，还经限流电路(100)与电压检测电路(200)连接；电压检测电路(200)分别连接误差放大器(EA)的电源端、误差放大器(EA)的输出端以及第一MOS管(PM3)的栅极；误差放大器(EA)的同相输入端与采样电阻电路(300)电性连接；误差放大器(EA)的反相输入端用于获取基准电压；第一MOS管(PM3)的漏极、采样电阻电路(300)分别与稳压器输出端(LDO_VINT)电性连接。本发明的线性稳压器电路设计巧妙，实用性强。

Description

一种线性稳压器电路

技术领域

本发明涉及稳压器领域，尤其涉及一种线性稳压器电路。

背景技术

线性稳压器电路是所有电子系统中非常重要的一部分，它为电子系统内其他电路提供精确和稳定的电压。因此，线性稳压器电路的精度、稳定性和待机功耗显得尤为重要。特别是在移动便携式设备中，超低的待机功耗能显著提升设备的续航能力。由于线性稳压器作为设备内部模块的供电系统。在设备工作期间，需要提供非常大的电流驱动能力。然而，在提供大电流驱动能力的同时还需要保证环路稳定性和响应速度不受到影响，所以在工作模式中，线性稳压器必须消耗相当高的静态功耗。

为了解决待机模式(低静态功耗)和工作模式(高静态功耗)兼容问题，传统的解决方案是通过两个线性稳压器电路并联使用，如图1所示。其中 RLOAD为等效的输出电阻负载，CLOAD为等效的输出电容负载。A1为低静态功耗的线性稳压器电路，为便于说明，将其记为低静态功耗电路；A2为高静态功耗的线性稳压器电路，记为高静态功耗电路。根据设备的工作状态(包括待机模式和工作模式)来切换输出开关SWL和SWH。即，在待机模式下，使用低静态功耗电路A1输出电压，并且关闭高静态功耗电路A2。在工作模式下使用高静态功耗电路A2输出电压，并且关闭低静态功耗电路A1。

上述传统的超低待机功耗线性稳压器电路方案成功的兼容了待机模式和工作模式，但也带来一些问题，其中最主要的是面积增加一倍(需要两个线性稳压器)，其次在待机模式和工作模式切换时，维持输出电压稳定的反馈环路也跟着切换，切换后的反馈环路需要一定的建立时间来达到输出电压的稳定，导致在切换的瞬间，输出端LDO_VINT会有很高的毛刺电压产生。如图2所示。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了一种线性稳压器电路。

本发明所提出的技术方案是：

本发明提出了一种线性稳压器电路，包括限流电路、电压检测电路、采样电阻电路、误差放大器以及第一MOS管；第一MOS管的源极与电源电路连接，还经限流电路与电压检测电路连接；限流电路用于向电压检测电路输出支电流，还用于向外输出第一偏置电流；电压检测电路分别连接误差放大器的电源端、误差放大器的输出端以及第一MOS管的栅极，用于检测误差放大器的输出端的输出电压，并根据误差放大器的输出端的输出电压调整其向误差放大器的电源端输出的第二偏置电流；误差放大器的同相输入端与采样电阻电路电性连接，用于获取由采样电阻电路发出的采样电压，并根据所述采样电压来调整误差放大器的输出端的输出电压；误差放大器的反相输入端用于获取基准电压；第一MOS管的漏极、采样电阻电路分别与稳压器输出端电性连接。

本发明上述的线性稳压器电路中，电源电路包括电源端；限流电路包括第二MOS管和第三MOS管；第二MOS管的源极和第三MOS管的源极分别与第一MOS管的源极连接；第二MOS管的栅极与第三MOS管的栅极连接；第三MOS管的漏极与电压检测电路连接，用于向电压检测电路输出支电流；第二MOS管的漏极与第二MOS管的栅极连接，用于输出第一偏置电流。

本发明上述的线性稳压器电路中，电压检测电路包括第四MOS管，该第四MOS管的源极与第三MOS管的漏极连接，第四MOS管的漏极接误差放大器的电源端；第四MOS管的栅极分别接误差放大器的输出端以及第一MOS 管的栅极。

本发明上述的线性稳压器电路中，采样电阻电路包括第一电阻器和第二电阻器，第一MOS管的漏极依次经第一电阻器和第二电阻器后接地；误差放大器的同相输入端经第二电阻器后接地。

本发明的线性稳压器电路通过限流电路100限制了误差放大器EA的最大偏置电流，这导致误差放大器EA不会因为偏置电流过大而产生稳定性问题，还仅采用了由一个误差放大器EA、一个第一MOS管PM3以及一个采样电阻电路组成的线性稳压器，相比于传统方案，节省了电路面积，而且不需要在待机模式和工作模式之间相互切换，因此，输出没有毛刺电压。本发明的线性稳压器电路设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了一种传统线性稳压器电路的电路图；

图2示出了图1所示的传统线性稳压器电路在待机模式和工作模式切换时输出开关SWL和SWH以及输出端LDO_VINT的输出电压曲线图；

图3示出了本发明优选实施例的线性稳压器电路的功能模块方框图；

图4示出了图3所示的线性稳压器电路的电路图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是：传统的超低待机功耗线性稳压器电路方案成功的兼容了待机模式和工作模式，但也带来一些问题，其中最主要的是面积增加一倍(需要两个线性稳压器)，其次在待机模式和工作模式切换时，维持输出电压稳定的反馈环路也跟着切换，切换后的反馈环路需要一定的建立时间来达到输出电压的稳定，导致在切换的瞬间，输出端LDO_VINT会有很高的毛刺电压产生。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：在误差放大器EA 的电源端接一个电压检测电路，通过该电压检测电路检测误差放大器EA输出端的输出电压，并根据该输出电压的大小来调整向误差放大器EA电源端所提供的第一偏置电流。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图3-图4所示，图3示出了本发明优选实施例的线性稳压器电路的功能模块方框图；图4示出了图3所示的线性稳压器电路的电路图。

线性稳压器电路包括限流电路100、电压检测电路200、采样电阻电路300、误差放大器EA以及第一MOS管PM3；第一MOS管PM3的源极与电源电路400连接，还经限流电路100与电压检测电路200连接；限流电路100用于向电压检测电路200输出支电流，还用于向外输出第一偏置电流Ibias；电压检测电路200分别连接误差放大器EA的电源端、误差放大器EA的输出端以及第一MOS管PM3的栅极，用于检测误差放大器EA的输出端的输出电压Vea，并根据误差放大器EA的输出端的输出电压Vea调整其向误差放大器EA的电源端输出的第二偏置电流Iea_bias；误差放大器EA的同相输入端与采样电阻电路300电性连接，用于获取由采样电阻电路300发出的采样电压，并根据所述采样电压来调整误差放大器EA的输出端的输出电压Vea；误差放大器EA 的反相输入端用于获取基准电压；第一MOS管PM3的漏极、采样电阻电路 300分别与稳压器输出端LDO_VINT电性连接。

在本发明中，限流电路100还用于输出第一偏置电流Ibias，第一偏置电流 Ibias不是一个固定值，会跟随向稳压器输出端LDO_VINT的输出功率的变化而变化。

当设备处于待机模式时，负载电流较小，误差放大器EA的输出端的输出电压Vea较高，电压检测电路200检测该输出电压Vea而处于弱导通模式，其向误差放大器EA的电源端所输出的第二偏置电流Iea_bias较小，这时，整个线性稳压器电路为低静态功耗电路。

当设备处于工作模式时，负载电流较大，误差放大器EA的输出端的输出电压Vea较低，电压检测电路200检测该输出电压Vea而处于强导通模式，其向误差放大器EA的电源端所输出的第二偏置电流Iea_bias较大，这时，整个线性稳压器电路为高静态功耗电路。

在上述技术方案中，由于限流电路100限制了误差放大器EA的最大偏置电流，这导致误差放大器EA不会因为偏置电流过大而产生稳定性问题。

进一步地，在本实施例中，电源电路400包括电源端VDD；限流电路100 包括第二MOS管PM6和第三MOS管PM5；第二MOS管PM6的源极和第三MOS管PM5的源极分别与第一MOS管PM3的源极连接；第二MOS管PM6 的栅极与第三MOS管PM5的栅极连接；第三MOS管PM5的漏极与电压检测电路200连接，用于向电压检测电路200输出支电流；第二MOS管PM6 的漏极与第二MOS管PM6的栅极连接，用于输出第一偏置电流Ibias。

在这里，第二MOS管PM6和第三MOS管PM5组成限流电路，以限制支电流的大小；在限流电路内部，第二MOS管PM6采用二极管接法，将漏极和栅极短接，为第三MOS管PM5提供较为稳定的偏压。

进一步地，电压检测电路200包括第四MOS管PM4，该第四MOS管PM4 的源极与第三MOS管PM5的漏极连接，第四MOS管PM4的漏极接误差放大器EA的电源端；第四MOS管PM4的栅极分别接误差放大器EA的输出端以及第一MOS管PM3的栅极。

当设备处于待机模式时，负载电流较小，误差放大器EA的输出端的输出电压Vea较高，第四MOS管PM4栅极处电压高，第四MOS管PM4处于弱导通状态，其向误差放大器EA的电源端所输出的第二偏置电流Iea_bias较小，这时，整个线性稳压器电路为低静态功耗电路。

当设备处于工作模式时，负载电流较大，误差放大器EA的输出端的输出电压Vea较低，第四MOS管PM4栅极处电压低，第四MOS管PM4处于强导通状态，其向误差放大器EA的电源端所输出的第二偏置电流Iea_bias较大，这时，整个线性稳压器电路为高静态功耗电路。

进一步地，在本实施例中，采样电阻电路300包括第一电阻器R5和第二电阻器R6，第一MOS管PM3的漏极依次经第一电阻器R5和第二电阻器R6 后接地；误差放大器EA的同相输入端经第二电阻器R6后接地。

本发明的线性稳压器电路通过限流电路100限制了误差放大器EA的最大偏置电流，这导致误差放大器EA不会因为偏置电流过大而产生稳定性问题，还仅采用了由一个误差放大器EA、一个第一MOS管PM3以及一个采样电阻电路组成的线性稳压器，相比于传统方案，节省了电路面积，而且不需要在待机模式和工作模式之间相互切换，因此，输出没有毛刺电压。本发明的线性稳压器电路设计巧妙，实用性强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种线性稳压器电路，其特征在于，包括限流电路(100)、电压检测电路(200)、采样电阻电路(300)、误差放大器(EA)以及第一MOS管(PM3)；第一MOS管(PM3)的源极与电源电路(400)连接，还经限流电路(100)与电压检测电路(200)连接；限流电路(100)用于向电压检测电路(200)输出支电流，还用于向外输出第一偏置电流(Ibias)；电压检测电路(200)分别连接误差放大器(EA)的电源端、误差放大器(EA)的输出端以及第一MOS管(PM3)的栅极，用于检测误差放大器(EA)的输出端的输出电压(Vea)，并根据误差放大器(EA)的输出端的输出电压(Vea)调整其向误差放大器(EA)的电源端输出的第二偏置电流(Iea_bias)；误差放大器(EA)的同相输入端与采样电阻电路(300)电性连接，用于获取由采样电阻电路(300)发出的采样电压，并根据所述采样电压来调整误差放大器(EA)的输出端的输出电压(Vea)；误差放大器(EA)的反相输入端用于获取基准电压；第一MOS管(PM3)的漏极、采样电阻电路(300)分别与稳压器输出端(LDO_VINT)电性连接。

2.根据权利要求1所述的线性稳压器电路，其特征在于，电源电路(400)包括电源端(VDD)；限流电路(100)包括第二MOS管(PM6)和第三MOS管(PM5)；第二MOS管(PM6)的源极和第三MOS管(PM5)的源极分别与第一MOS管(PM3)的源极连接；第二MOS管(PM6)的栅极与第三MOS管(PM5)的栅极连接；第三MOS管(PM5)的漏极与电压检测电路(200)连接，用于向电压检测电路(200)输出支电流；第二MOS管(PM6)的漏极与第二MOS管(PM6)的栅极连接，用于输出第一偏置电流(Ibias)。

3.根据权利要求2所述的线性稳压器电路，其特征在于，电压检测电路(200)包括第四MOS管(PM4)，该第四MOS管(PM4)的源极与第三MOS管(PM5)的漏极连接，第四MOS管(PM4)的漏极接误差放大器(EA)的电源端；第四MOS管(PM4)的栅极分别接误差放大器(EA)的输出端以及第一MOS管(PM3)的栅极。

4.根据权利要求2所述的线性稳压器电路，其特征在于，采样电阻电路(300)包括第一电阻器(R5)和第二电阻器(R6)，第一MOS管(PM3)的漏极依次经第一电阻器(R5)和第二电阻器(R6)后接地；误差放大器(EA)的同相输入端经第二电阻器(R6)后接地。

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