CN110908422B - 一种低压差线性稳压器和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低压差线性稳压器和控制系统，涉及电子领域。所述低压差线性稳压器包括：控制电路、电压调整电路以及功能控制脚；控制电路与低压差线性稳压器的电压输入端、低压差线性稳压器的电压输出端、电压调整电路以及功能控制脚分别电连接；电压调整电路与低压差线性稳压器的电压输出端电连接；控制电路的工作状态根据功能控制脚上的控制电平确定；低压差线性稳压器的输出电压根据控制电路的工作状态确定。本发明的低压差线性稳压器，只增加了一个功能控制脚和一个控制电路，增加的元器件极少，在保证了低压差线性稳压器安全可靠使用的同时，成本又比较低廉且可拓展性强，低压差线性稳压器可以应用的范围得到了扩展。

Description

一种低压差线性稳压器和控制系统

技术领域

本发明涉及电子领域，特别是一种低压差线性稳压器和控制系统。

背景技术

低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator简称LDO)是新一代的集成电路稳压器，其与三端稳压器最大的不同点在于，LDO是一个自耗很低的微型片上系统(soc)。LDO可用于电流主通道控制，并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。LDO通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比。

目前市场上主流的LDO为单路电压输出LDO，如果需求同时有两路电压输出，即，工作电源的电压和LDO的输出电压这两路电压，就需要使用两路不同电路来实现，这样会极大地增加产品成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种低压差线性稳压器和控制系统，解决了上述问题。

本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括：控制电路、电压调整电路以及功能控制脚；

所述控制电路与所述低压差线性稳压器的电压输入端、所述低压差线性稳压器的电压输出端、所述电压调整电路以及所述功能控制脚分别电连接；

所述电压调整电路与所述低压差线性稳压器的电压输出端电连接；

所述控制电路的工作状态根据所述功能控制脚上的控制电平确定；

所述低压差线性稳压器的输出电压根据所述控制电路的工作状态确定。

可选地，所述低压差线性稳压器与控制器电连接，所述控制器用于为所述功能控制脚提供所述控制电平；

在所述功能控制脚上的控制电平为低电平的情况下，所述控制电路导通所述电压调整电路所在的回路，使得所述低压差线性稳压器的输入电压经由所述电压调整电路的调整后，将调整后的电压作为所述低压差线性稳压器的输出电压进行输出；

在所述功能控制脚上的控制电平为高电平的情况下，所述控制电路关断所述电压调整电路所在的回路，使得所述低压差线性稳压器的输入电压直接作为所述低压差线性稳压器的输出电压进行输出。

可选地，所述控制电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管以及非门；

所述第一PMOS管的栅极与所述功能控制脚电连接；

所述第一PMOS管的源极与所述低压差线性稳压器的电压输入端电连接；

所述第一PMOS管的漏极与所述电压调整电路电连接，所述第一PMOS管用于在所述功能控制脚上的控制电平为低电平的情况下，导通所述电压调整电路所在的回路；

所述第二PMOS管的栅极与所述非门的输出端电连接；

所述第二PMOS管的源极与所述低压差线性稳压器的电压输入端电连接；

所述第二PMOS管的漏极与所述低压差线性稳压器的电压输出端电连接，所述第二PMOS管用于在所述功能控制脚上的控制电平为高电平的情况下，关断所述电压调整电路所在的回路；

所述非门的输入端与所述功能控制脚电连接；

所述非门的输出端与所述第二PMOS管的栅极电连接，所述非门用于转换所述功能控制脚上的控制电平。

可选地，所述低压差线性稳压器的默认工作状态为：

所述低压差线性稳压器的输入电压经由所述电压调整电路的调整后再进行输出的状态。

可选地，所述低压差线性稳压器还包括：过流保护电路、短路保护电路、过压保护电路；

所述过流保护电路用于在发生过流情况时，停止所述低压差线性稳压器工作；

所述短路保护电路用于在发生短路情况时，停止所述低压差线性稳压器工作；

所述过压保护电路用于在发生过压情况时，停止所述低压差线性稳压器工作。

可选地，所述电压调整电路包括：串联调整管、第一电阻、第二电阻、二极管以及比较放大器；

所述串联调整管与所述比较放大器、所述二极管、所述第一电阻、所述低压差线性稳压器的电压输出端以及所述第一PMOS管分别连接；

所述第二电阻与所述第一电阻、所述比较放大器以及所述二极管分别连接；

所述串联调整管、所述第一电阻、所述第二电阻、所述二极管以及所述比较放大器共同作用，降低所述输入电压的电压值，使得所述输出电压稳定输出。

本发明实施例还提供了一种控制系统，所述系统包括：控制器、负载电路以及以上任一所述的低压差线性稳压器，所述控制器控制所述低压差线性稳压器为所述负载电路供电。

可选地，所述控制器用于为所述功能控制脚提供所述控制电平，进而控制所述低压差线性稳压器的输出电压。

本发明提供的一种低压差线性稳压器，其输出电压根据控制电路的工作状态确定，而控制电路的工作状态又根据功能控制脚上的控制电平确定，即，只需要一个低压差线性稳压器就实现了两路电压的输出。本发明的低压差线性稳压器只增加了一个功能控制脚和一个控制电路，增加的元器件极少，在保证了低压差线性稳压器安全可靠使用的同时，成本又比较低廉、实际应用范围较广且可拓展性强。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例低压差线性稳压器的结构示意图；

图2是本发明实施例中控制电路的结构示意图；

图3是本发明实施例中电压调整电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

发明人发现，目前市场上主流的LDO为单路电压输出LDO，如果需求同时有两路电压输出切换的应用场合，就需要在LDO外部使用两路不同电路来实现。

例如：在一个集成电路中工作电源产生一个电压，该电压即为LDO的输入电压，该输入电压经过LDO之后输出一个低于输入电压的输出电压，以供相关的元器件使用。假若在该集成电路中，同时需要工作电源产生的电压和LDO的输出电压切换使用的应用场合，那么就需要分别使用两路电路，其中一路电路与工作电源直接连接，将工作电源产生的电压提供给相关元器件，当然根据需要可能还要有滤波、稳压等附属电路来对工作电源产生的电压进行处理；另一路电路与LDO连接，将LDO的输出电压提供给相关元器件。

上述方法需要额外添加大量的电路，不但造成产品成本增加，而且使用起来也很不方便。

基于以上问题，发明人经过潜心研究，结合LDO的特点，经过大量实地测试和仿真计算，大胆地、创造性的提出本发明的LDO，只在LDO上增加一个功能控制脚和一个控制电路，解决了上述问题。以下对发明人提出的解决方案进行详细解释和说明。

参照图1，示出了本发明实施例低压差线性稳压器(LDO)的结构示意图，具体可以包括：

控制电路20、电压调整电路30以及功能控制脚40。

控制电路20与LDO的电压输入端、LDO的电压输出端、电压调整电路30以及功能控制脚40分别电连接；电压调整电路30与LDO的电压输出端电连接；其中，控制电路20的工作状态根据功能控制脚40上的控制电平确定；LDO的输出电压根据控制电路20的工作状态确定。

可选地，本发明实施例中，在功能控制脚40上的控制电平为低电平的情况下，控制电路20导通电压调整电路30所在的回路，使得LDO的输入电压经由电压调整电路30的调整后，将调整后的电压作为LDO的输出电压进行输出。

在功能控制脚40上的控制电平为高电平的情况下，控制电路20关断电压调整电路30所在的回路，使得LDO的输入电压直接作为LDO的输出电压进行输出。

可选地，本发明实施例中，为功能控制脚40提供高、低控制电平的是控制器，该控制器包括但不限于MCU、电平发生器、信号发生器等可以产生并发送高、低电平的元器件或者电路。

可选地，参照图2，示出了本发明实施例中控制电路20的结构示意图，控制电路20包括：第一PMOS管201、第二PMOS管202以及非门203。

第一PMOS管201的栅极与功能控制脚40电连接；第一PMOS管201的源极与LDO的电压输入端电连接；第一PMOS管201的漏极与电压调整电路30电连接，第一PMOS管201用于在功能控制脚40上的控制电平为低电平的情况下，导通电压调整电路30所在的回路；

第二PMOS管202的栅极与非门203的输出端电连接；第二PMOS管202的源极与LDO的电压输入端电连接；第二PMOS管202的漏极与LDO的电压输出端电连接，第二PMOS管202用于在功能控制脚40上的控制电平为高电平的情况下，关断电压调整电路30所在的回路。

非门203的输入端与功能控制脚40电连接；非门203的输出端与第二PMOS管202的栅极电连接，非门203用于转换功能控制脚40上的控制电平，即，当功能控制脚40上的控制电平为高电平时，非门203的输出端输出低电平，当功能控制脚40上的控制电平为低电平时，非门203的输出端输出高电平。

上述控制电路20中，第一PMOS管201的栅极均与功能控制脚40连接，第二PMOS管202的栅极通过一个非门203与功能控制脚40连接，因此同一时刻，有且只有一个MOS管导通，当功能控制脚40上的控制电平为高电平时，第一PMOS管201的栅极为高电平，第二PMOS管202的栅极为低电平，根据PMOS管的特性，只有第二PMOS管202导通，而第一PMOS管201不导通，第一PMOS管201不导通则电压调整电路30所在的回路为断路状态，从LDO的电压输入端输入的输入电压无法经过电压调整电路30，即，相当于第二PMOS管202导通时，关断了电压调整电路30所在的回路。此时从LDO的电压输入端输入的输入电压直接作为LDO的输出电压。

当功能控制脚40上的控制电平为低电平时，第一PMOS管201的栅极为低电平，第二PMOS管202的栅极为高电平，根据PMOS管的特性，只有第一PMOS管201导通，而第二PMOS管202不导通，第一PMOS管201导通则电压调整电路30所在的回路为通路状态，从LDO的电压输入端输入的输入电压经过电压调整电路30，即，相当于第一PMOS管201导通时，导通了电压调整电路30所在的回路。

可选地，本发明实施例中，LDO的默认工作状态为：LDO的输入电压经由电压调整电路30的调整后再进行输出的状态，即，默认状态下，功能控制脚40只接收低电平控制信号，此时只有第一PMOS管201导通，而第二PMOS管202不导通，从LDO的电压输入端输入的输入电压经过电压调整电路30的调整后，再进行输出。

需要说明的是，控制电路20的控制方式具有较高的拓展性，实际应用时可以借鉴应用到任何需要完成上述相同功能的电路或者元器件中；同样，一切可以实现本发明实施例LDO中控制电路20功能的元器件或者电路均属于本发明所保护的范围之内。

依据本发明实施例的LDO，在不同情况下的电流流向为：

1、输入电压经过电压调整电路30的情况下，电流流向为：LDO的电压输入端→第一PMOS管201→电压调整电路30→LDO的电压输出端。

2、输入电压不经过电压调整电路30的情况下，电流流向为：LDO的电压输入端→第二PMOS管202→LDO的电压输出端。

由上所述可知，本发明实施例的LDO不需要在LDO外部使用两路不同电路，也不需要在外部额外添加任何电路或者元器件，就可以实现工作电源的电压和LDO的输出电压两路输出的目的。

可选地，本发明实施例中LDO还包括：过流保护电路、短路保护电路、过压保护电路；其中，过流保护电路用于在发生过流情况时，停止LDO工作；短路保护电路用于在发生短路情况时，停止LDO工作；过压保护电路用于在发生过压情况时，停止LDO工作。需要说明的是，上述三种保护电路可以按照LDO的需求只包括一种或者两种，或者全部不包括，也可以由LDO的外部单独进行各种保护，当然LDO还可以按照需求，增加包括但不限于：反接保护、接地保护、漏电保护等各种保护。

可选地，参照图3，示出了本发明实施例中电压调整电路30的结构示意图，电压调整电路30包括：串联调整管301、第一电阻302、第二电阻303、二极管304以及比较放大器305。

串联调整管301一般采用PNP晶体管或者PMOS管，本发明实施例采用的是PNP晶体管，串联调整管301的发射极与第一PMOS管201的漏极、二极管304的第一端以及比较放大器305的第一输入端分别连接；串联调整管301的基极与比较放大器305的输出端连接；串联调整管301的集电极与LDO的电压输出端和第一电阻302的第一端连接，串联调整管301的集电极输出的电压即为LDO的输出电压；第一电阻302的第二端与第二电阻303的第一端和比较放大器305的第二输入端分别连接；第二电阻303的第二端与二极管304的第二端连接并接地。

电压调整电路30的工作原理是：通过LDO的电压输入端的输入电压与LDO的输出电压通过比较放大器305相比较，两者的差值经比较放大器305放大后，控制串联调整管301的压降，从而达到稳定LDO的输出电压的目的。当LDO的输出电压降低时，LDO的输出电压与LDO的输入电压的差值增加，比较放大器305输出的驱动电流增加，串联调整管301的压降减小，从而使其集电极的输出电压升高，即LDO的输出电压升高。相反，若LDO的输出电压超过所需要的设定值，比较放大器305输出的驱动电流减小，串联调整管301的压降增大，从而使其集电极的输出电压降低，即LDO的输出电压降低。在整个LDO供电运行的过程中，LDO的输出电压的校正持续进行，并且调整时间只受比较放大器305和串联调整管301回路反应速度的限制。

本发明实施例还提供了一种控制系统，该系统包括：控制器、负载电路以及以上任一所述的LDO，控制器控制LDO为负载电路供电，其中，控制器用于为LDO中的功能控制脚提供控制电平，进而控制LDO的输出电压。

本发明实施例的LDO，在目前LDO的基础上，增加了一个功能控制脚，同时在LDO中内置一个简单的控制电路，功能控制脚配合控制电路的使用，保证LDO原有功能的同时，使得LDO自身就可以根据需求输出两路电压，不用再外接任何电路或者元器件，极大的扩展了LDO应用的范围。

综上所述，本发明的低压差线性稳压器，只增加了一个功能控制脚和一个控制电路，增加的元器件极少，在保证了低压差线性稳压器安全可靠使用的同时，成本又比较低廉且可拓展性强，低压差线性稳压器可以应用的范围得到了扩展。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括：

控制电路、电压调整电路以及功能控制脚；

所述控制电路与所述低压差线性稳压器的电压输入端、所述低压差线性稳压器的电压输出端、所述电压调整电路以及所述功能控制脚分别电连接；

所述电压调整电路与所述低压差线性稳压器的电压输出端电连接；

所述控制电路的工作状态根据所述功能控制脚上的控制电平确定；

所述低压差线性稳压器的输出电压根据所述控制电路的工作状态确定；

其中，所述控制电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管以及非门；

所述第一PMOS管的栅极与所述功能控制脚电连接；

所述第一PMOS管的源极与所述低压差线性稳压器的电压输入端电连接；

所述第一PMOS管的漏极与所述电压调整电路电连接，所述第一PMOS管用于在所述功能控制脚上的控制电平为低电平的情况下，导通所述电压调整电路所在的回路；

所述第二PMOS管的栅极与所述非门的输出端电连接；

所述第二PMOS管的源极与所述低压差线性稳压器的电压输入端电连接；

所述第二PMOS管的漏极与所述低压差线性稳压器的电压输出端电连接，所述第二PMOS管用于在所述功能控制脚上的控制电平为高电平的情况下，关断所述电压调整电路所在的回路；

所述非门的输入端与所述功能控制脚电连接；

所述非门的输出端与所述第二PMOS管的栅极电连接，所述非门用于转换所述功能控制脚上的控制电平；

其中，所述电压调整电路包括：串联调整管、第一电阻、第二电阻、二极管以及比较放大器；

所述串联调整管与所述比较放大器、所述二极管、所述第一电阻、所述低压差线性稳压器的电压输出端以及所述第一PMOS管分别连接；

所述第二电阻与所述第一电阻、所述比较放大器以及所述二极管分别连接；

所述串联调整管、所述第一电阻、所述第二电阻、所述二极管以及所述比较放大器共同作用，降低所述低压差线性稳压器的输入电压的电压值，使得所述低压差线性稳压器的输出电压稳定输出。

2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器与控制器电连接，所述控制器用于为所述功能控制脚提供所述控制电平；

在所述功能控制脚上的控制电平为低电平的情况下，所述控制电路导通所述电压调整电路所在的回路，使得所述低压差线性稳压器的输入电压经由所述电压调整电路的调整后，将调整后的电压作为所述低压差线性稳压器的输出电压进行输出；

在所述功能控制脚上的控制电平为高电平的情况下，所述控制电路关断所述电压调整电路所在的回路，使得所述低压差线性稳压器的输入电压直接作为所述低压差线性稳压器的输出电压进行输出。

3.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器的默认工作状态为：

所述低压差线性稳压器的输入电压经由所述电压调整电路的调整后再进行输出的状态。

4.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器还包括：过流保护电路、短路保护电路、过压保护电路；

所述过流保护电路用于在发生过流情况时，停止所述低压差线性稳压器工作；

所述短路保护电路用于在发生短路情况时，停止所述低压差线性稳压器工作；

所述过压保护电路用于在发生过压情况时，停止所述低压差线性稳压器工作。

5.一种控制系统，其特征在于，所述系统包括：控制器、负载电路以及权利要求1-4任一所述的低压差线性稳压器，所述控制器控制所述低压差线性稳压器为所述负载电路供电。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述控制器用于为所述功能控制脚提供所述控制电平，进而控制所述低压差线性稳压器的输出电压。

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