CN111176365A - 一种低压差线性稳压器及直流稳压电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压差线性稳压器及稳压电源，该稳压器包括电压输入端、误差放大单元、通路单元、反馈单元和电压输出端，误差放大单元的第一输入端用于接收第一基准电压，第二输入端用于接收随输出电压变化的第一反馈电压，对第一输入端和第二输入端之间的电压误差进行放大以输出驱动信号；通路单元的第一连接端连接电压输入端，第二连接端连接电压输出端，控制端连接误差放大单元的输出端，根据驱动信号调节输入电压和输出电压之间的压差；反馈单元用于向误差放大单元的第一输入端提供随输出电压变化的第二反馈电压，第一反馈电压和第二反馈电压随输出电压的变化趋势互为相反。通过上述方式，本发明能够加快暂态响应的速度。

Description

一种低压差线性稳压器及直流稳压电源

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种低压差线性稳压器及直流稳压电源。

背景技术

由于低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)具有良好的输出电压纹波、较好的电源抑制比以及较低噪声的特点，能够提供稳定的输出电压，因此射频电路普遍采用LDO来供电，被广泛地应用于各种便携式电子产品上。

本发明的发明人在长期研发中发现，低压差线性稳压器用于提供给芯片电源端一个稳定的电压源，但是由于低压差线性稳压器的输入端会产生电流变化，使得低压差线性稳压器的输出产生电压暂态响应变化，暂态响应时间较长，无法快速的获得稳定的输出电压。

发明内容

本发明主要解决的问题是提供一种低压差线性稳压器及直流稳压电源，能够加快暂态响应的速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种低压差线性稳压器，该低压差线性稳压器包括：电压输入端、误差放大单元、通路单元、反馈单元以及电压输出端；电压输入端用于接收输入电压；电压输出端用于提供输出电压；误差放大单元的第一输入端用于接收第一基准电压，第二输入端用于接收随输出电压变化的第一反馈电压，并对第一输入端和第二输入端之间的电压误差进行放大，进而在误差放大单元的输出端输出驱动信号；通路单元的第一连接端连接电压输入端，第二连接端连接电压输出端，控制端连接误差放大单元的输出端，进而根据驱动信号调节输入电压和输出电压之间的压差；反馈单元用于向误差放大单元的第一输入端提供随驱动信号变化的第二反馈电压，其中，第一反馈电压和第二反馈电压随输出电压的变化趋势互为相反。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案是提供一种直流稳压电源，该包括直流稳压电源依次连接的输入接口、变压器、整流器、滤波器、低压差线性稳压器以及输出接口，输入接口用于输入第一交流信号，变压器用于将第一交流信号变成第二交流信号，整流器用于将第二交流信号变成脉动的直流信号，滤波器用于对脉动直流信号进行滤波，以获得平滑的直流信号，低压差线性稳压器用于对平滑的直流信号进行处理，以获得稳定的直流电压，输出接口用于输出直流电压；其中，低压差线性稳压器为上述的低压差线性稳压器。

通过上述方案，本发明的有益效果是：通过反馈单元向误差放大单元的第一输入端提供与误差放大单元的第二输入端所接收的第一反馈电压互为反向的第二反馈电压，使得当电压输出端的电压产生变化时，反馈单元能够加速误差放大单元的电压误差变化，缩短暂态响应的时间，以使得低压差线性稳压器快速进入稳定状态，输出电压保持稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明提供的低压差线性稳压器一实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的低压差线性稳压器另一实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的直流稳压电源一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明提供的低压差线性稳压器一实施例的结构示意图，该低压差线性稳压器包括：电压输入端Vin、误差放大单元11、通路单元12、反馈单元13以及电压输出端Vout。

电压输入端Vin用于接收输入电压，该电压可以为直流电压；电压输出端Vout用于提供输出电压。

误差放大单元11的第一输入端接收第一基准电压，该第一基准电压可以为电压输入端Vin输入的电压或者跟随电压输入端Vin输入的电压变化；第二输入端用于接收随输出电压变化的第一反馈电压Vref1；误差放大单元11对第一输入端和第二输入端之间的电压误差进行放大，进而在误差放大单元11的输出端输出驱动信号，该驱动信号的大小跟随输第一输入端和第二输入端之间电压误差大小变化，电压误差越大，该驱动信号越大。

通路单元12的第一连接端连接电压输入端Vin，通路单元12的第二连接端连接电压输出端Vout，通路单元12的控制端连接误差放大单元11的输出端，进而根据驱动信号调节输入电压和输出电压之间的压差，从而调整输出电压。具体地，当驱动信号产生变化时，通路单元12的控制端的电压随之变化，通路单元12的第一连接端与第二连接端之间的压差发生改变，从而使得输出电压发生变化。

在一个具体的实施例中，低压差线性稳压器与负载电路(图中未示出)连接，当负载电路的电流减小或电压输入端Vin输入的电压升高时，电压输出端Vout的输出电压升高至大于预设电压，误差放大单元11的第二输入端的电压升高，此时误差放大单元11的第一输入端与第二输入端的电压误差降低，致使误差放大单元11的输出端的电压降低，即驱动信号的大小降低，从而使得通路单元12的第一连接端与第二连接端之间的压差升高，输出电压降低，遏制了输出电压的升高，实现了稳定地输出电压。同样地，当负载电路的电流升高或电压输入端Vin输入的电压降低时，电压输出端Vout的输出电压降低至小于预设电压，误差放大单元11的第二输入端的电压降低，此时误差放大单元11的第一输入端与第二输入端的电压误差升高，致使误差放大单元11的输出端的电压升高，从而使得通路单元12的第一连接端与第二连接端之间的压差降低，输出电压升高，遏制了输出电压的降低。

进一步地，为了加快低压差线性稳压器的暂态响应的速度，减小稳压器进入稳态的时间，本实施例设置一反馈单元13。

反馈单元13用于向误差放大单元11的第一输入端提供随输出电压变化的第二反馈电压；其中，第一反馈电压和第二反馈电压随输出电压的变化趋势互为相反。

具体地，当电压输出端Vout的输出电压大于预设电压时，误差放大单元11输出的驱动信号的大小降低，通过反馈单元13将第二反馈电压输入至误差放大单元11的第一输入端，由于误差放大单元11的第一输入端的电压降低，第二输入端的电压升高，从而加剧了误差放大单元11的输出端的输出电压的降低，使得电压输出端Vout的电压下降至预设电压的速度加快。同样地，当电压输出端Vout的输出电压小于预设电压时，误差放大单元11输出的驱动信号的大小升高，误差放大单元11的第一输入端的电压升高，第二输入端的电压降低，从而加剧了误差放大单元11的输出端的输出电压的升高，使得电压输出端Vout的电压升高至预设电压的速度加快。

通过反馈单元13向误差放大单元11的第一输入端提供与误差放大单元11的第二输入端所接收的第一反馈电压互为反向的第二反馈电压，使得当电压输出端Vout的电压产生变化时，反馈单元13能够加速误差放大单元11的电压误差变化，缩短暂态响应的时间，以使得低压差线性稳压器快速进入稳定状态，输出电压保持稳定。

在图1中，该反馈单元13连接于通路单元12的控制端与误差放大单元11的第一输入端之间。然而，在其他实施例中，反馈单元13也可以是设置于其他位置。

参阅图2，图2是本发明提供的低压差线性稳压器另一实施例的结构示意图，该低压差线性稳压器包括：电压输入端Vin、误差放大单元21、通路单元22、反馈单元23以及电压输出端Vout。

电压输入端Vin用于接收输入电压，误差放大单元21为第一运算放大器A1，误差放大单元21的第一输入端和第二输入端分别为第一运算放大器A1的同相输入端和反相输入端。

第一运算放大器A1的同相输入端用于接收第一基准电压；第一运算放大器A1的反相输入端与电压输出端Vout连接，反相输入端用于接收随输出电压变化的第一反馈电压，此时第一反馈电压与输出电压大小相等；第一反馈电压随输出电压正向变化，即当输出电压减小时，第一反馈电压随之减小；当输出电压增大时，第一反馈电压随之增大；第一运算放大器A1对同相输入端端和反相输入端之间的电压误差进行放大，在第一运算放大器A1的输出端输出驱动信号，该驱动信号的大小跟随输同相输入端和反相输入端之间电压误差大小变化，电压误差越大，该驱动信号越大。

通路单元22可以为功率管，具体地，其可以为P型场效应管或NPN型三极管，通路单元22的第一连接端、第二连接端和控制端分别对应P型场效应管的漏极、源极和栅极或者NPN型三极管的集电极、发射极和基极，图2所示的N型场效应管仅为其中一种情况。

在一具体的实施例中，场效应管的漏极连接电压输入端Vin；场效应管的源极连接电压输出端Vout，场效应管的栅极连接第一运算放大器A1的输出端，可以根据驱动信号调节输出电压。

进一步地，当电压输出端Vout的输出电压大于预设电压时，第一运算放大器A1的反相输入端的电压升高，此时第一运算放大器A1的同相输入端与反相输入端的电压误差降低，致使第一运算放大器A1的输出端输出的电压降低，从而使得场效应管的输出电压降低，遏制了输出电压的升高。同样地，当电压输出端Vout的输出电压小于预设电压时，第一运算放大器A1的反相输入端的电压降低，此时第一运算放大器A1的同相输入端与反相输入端的电压误差升高，致使第一运算放大器A1的输出端输出的电压升高，从而使得场效应管的输出电压升高，遏制了输出电压的降低。

此外，为了加快低压差线性稳压器的暂态响应的速度，缩短电路进入稳态的时间，本实施例设置了反馈单元23，该反馈单元23为第一电容C1，第一电容C1的一端与通路单元22的控制端连接，另一端与第一运算放大器A1的同相输入端连接；第一电容C1用于向第一运算放大器A1的同相输入端提供随输出信号变化的第二反馈电压，第二反馈电压随输出电压反向变化，即当输出电压减小时，第二反馈电压增大；当输出电压增大时，第二反馈电压减小。

在一实施例中，当电压输出端Vout的输出电压大于预设电压时，第一运算放大器输出的驱动信号的大小降低，通过第一电容C1将第二反馈电压输入至第一运算放大器A1的同相输入端，由于第一运算放大器A1的同相输入端的电压降低，反相输入端的电压升高，进一步降低了第一运算放大器A1的输出端的电压，使得电压输出端Vout的电压下降至预设电压的速度加快。

同样地，当电压输出端Vout的输出电压小于预设电压时，第一运算放大器A1输出的驱动信号的大小升高，通过第一电容C1将第二反馈电压输入至第一运算放大器A1的同相输入端，由于第一运算放大器A1的同相输入端的电压升高，反相输入端的电压降低，进一步升高了第一运算放大器A1的输出端的电压，使得电压输出端Vout的电压上升至预设电压的速度加快。

在一具体的实施例中，第一电容C1的电容值为1.5～2.5pF，第二反馈电压Vref2的电压值为1～1.5V，第一反馈电压Vref1的电压值与第二反馈电压Vref2的电压值大致相同，电压输入端Vin提供的电压值为4～6V，电压输出端Vout输出的电压值为1～1.5V，第二电容C2的电容值为80～100μF，电阻R的阻值为12～25Ω；当电压输出端Vout所连接的负载的负载电流突然变大时，电压输出端Vout的电压值由1.4V突然降低至0.9V，产生失冲，此时第一运算放大器A1的反相输入端的电压值降低至0.9V，第一运算放大器A1的同相输入端和反相输入端的电压差升高，使得第一运算放大器A1的输出端电压值升高至2.1V，此电压值通过第一电容C1反馈至第一运算放大器A1的同相输入端，使得第一运算放大器A1的同相输入端的电压值升高，进而使得第一运算放大器A1的输出端电压值继续升高至2.6V，从而使得电压输出端Vout的电压值升回至1.4V，实现快速稳压。

继续参阅图2，低压差线性稳压器还包括第二电容C2、电阻R和电压缓冲单元24。

第二电容C2的一端与电压输出端Vout连接，另一端接地；电阻R与第二电容并联C2，第二电容C2与电阻R可以组成一个阻容滤波电路，以滤除电压输出端Vout输出的信号中的交流分量。

为了提高带负载能力，本实施例设置了一个电压缓冲单元24；该电压缓冲单元24可以为第二运算放大器A2，其用于提供第一基准电压Vref1给第一运算放大器A1的同相输入端；第二运算放大器A2的同相输入端接收第二基准电压Vref2，第二运算放大器A2的同相输入端可以与电压输入端Vin连接或者外接电源，第二运算放大器A2的反相输入端分别与第二运算放大器A2的输出端以及第一运算放大器A1的同相输入端连接，并在第二运算放大器A2的输出端形成第一基准电压Vref1。

该电压缓冲单元24的电压放大倍数恒小于且接近1，即第一基准电压Vref1和第二基准电压Vref2几乎相同，其可以起到缓冲、隔离以及提高负载能力的作用，其具有输入阻抗高和输出阻抗低的特点，输入阻抗可以达到几兆欧姆，而输出阻抗较低，通常只有几欧姆，甚至更低。

通过为第二运算放大器A2的同相输入端提供第二基准电压Vref2，将第二运算放大器A2的反相输入端与输出端连接，使得第二运算放大器A2的输出端电压跟随第二基准电压Vref2发生变化，并将第二运算放大器A2的输出端与第一运算放大器A1的同相输入端连接，利用第一电容C1将第一运算放大器A1的同相输入端与通路单元22的控制端连接在一起，使得当电压输出端Vout的电压产生变化时，利用第一电容C1能够加速误差放大单元的电压误差，缩短暂态响应的时间。

参阅图3，图3是本发明提供的直流稳压电源一实施例的结构示意图，该直流稳压电源包括依次连接的输入接口31、变压器32、整流器33、滤波器34、低压差线性稳压器35以及输出接口36。

输入接口31用于输入第一交流信号，变压器32用于将第一交流信号变成第二交流信号，整流器33用于将第二交流信号变成脉动的直流信号，滤波器34用于对脉动直流信号进行滤波，以获得平滑的直流信号，低压差线性稳压器35用于对平滑的直流信号进行处理，以获得稳定的直流电压，输出接口36用于输出直流电压；其中，低压差线性稳压器为上述实施例中的低压差线性稳压器。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：

电压输入端，用于接收输入电压；

电压输出端，用于提供输出电压；

误差放大单元，所述误差放大单元的第一输入端接收第一基准电压，第二输入端用于接收随所述输出电压变化的第一反馈电压，并对所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压误差进行放大，进而在所述误差放大单元的输出端输出驱动信号；

通路单元，所述通路单元的第一连接端连接所述电压输入端，第二连接端连接所述电压输出端，控制端连接所述误差放大单元的输出端，进而根据所述驱动信号调节所述输入电压和所述输出电压之间的压差；

反馈单元，用于向所述误差放大单元的第一输入端提供随所述输出电压变化的第二反馈电压，其中，所述第一反馈电压和所述第二反馈电压随所述输出电压的变化趋势互为相反。

2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

所述第一反馈电压随所述输出电压正向变化，所述第二反馈电压随所述输出电压反向变化。

3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

所述误差放大单元为第一运算放大器，所述误差放大单元的第一输入端和第二输入端分别为所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端。

4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

所述反馈单元连接于所述通路单元的控制端与所述误差放大单元的第一输入端之间。

5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

所述反馈单元为第一电容，所述第一电容的一端与所述通路单元的控制端连接，另一端与所述误差放大单元的第一输入端连接。

6.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

所述通路单元为P型场效应管或NPN型三极管，其中，所述通路单元的第一连接端、第二连接端和控制端分别对应所述P型场效应管的漏极、源极和栅极或者所述NPN型三极管的集电极、发射极和基极。

7.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相互并联的第二电容和电阻，所述第二电容的一端与所述电压输出端连接，另一端接地。

8.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电压缓冲单元，用于提供所述第一基准电压给所述误差放大单元的第一输入端。

9.根据权利要求8所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

所述电压缓冲单元为第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端接收第二基准电压，所述第二运算放大器的反相输入端分别与所述第二运算放大器的输出端以及所述误差放大单元的第一输入端连接，并在所述第二运算放大器的输出端形成所述第一基准电压。

10.一种直流稳压电源，其特征在于，包括依次连接的输入接口、变压器、整流器、滤波器、低压差线性稳压器以及输出接口，

所述输入接口用于输入第一交流信号，所述变压器用于将所述第一交流信号变成第二交流信号，所述整流器用于将所述第二交流信号变成脉动的直流信号，所述滤波器用于对所述脉动直流信号进行滤波，以获得平滑的直流信号，所述低压差线性稳压器用于对所述平滑的直流信号进行处理，以获得稳定的直流电压，所述输出接口用于输出所述直流电压；其中，所述低压差线性稳压器为如权利要求1-9中任一项所述的低压差线性稳压器。

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