CN111290462A - 一种大电流高电源抑制比ldo稳压器 - Google Patents

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    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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Abstract

本发明公开了一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，包括启动关断模块、偏置模块、融合基准的误差放大模块、驱动及输出模块以及过热保护模块：所述启动关断模块由正负逻辑启动关断电路和或门电路来产生迟滞；所述偏置模块为电路其他模块提供精确偏置，使电路各重要功能模块工作在稳定状态下，本发明针对传统的低压差线性稳压器，应用融合基准的误差放大器，仿真设计了一款跌落电压300mV，最大输出电流1.5A，PSR在10MHz的高频也仍然大于25dB的大电流高电源抑制比LDO稳压器。

Description

一种大电流高电源抑制比LDO稳压器
技术领域
本发明涉及电源管理IC领域，具体是一种大电流高电源抑制比LDO稳压器。
背景技术
环顾我们的四周，充满着丰富多样的用电设备，大到空调、冰箱、电脑，小到平板、手机、智能手表，它们虽然功能各异，但却有一个共同点，那就是它们都是由电源驱动。显而易见，电源之于电子设备，就像发动机之于汽车，是所有电路系统的最基础的模块，其可靠性直接影响着整个电路系统的性能与寿命。电源如此的重用，因此有必要将电能进行合理地转换，分配以及管理，而这就是电源管理IC的使命。具体来讲，电源管理IC是将外部供电(交流或者直流)转变为稳定的，干净可靠的电源，以供负载使用，并且无论是外部供电，负载还是温度等工作环境发生怎样的变化，它都能及时地调整，提供干净的电源，合理地分配和管理电能，起到保护电路和提高效率降低功耗的作用。
未来电源管理的应用与创新主用在工业物联网、网络通信、汽车电子和可穿戴设备/便携式医疗设备等方面。在工业和汽车电子领域，相较于消费电子产品的微型化、高集成度和低功耗的进化方向，电源管理IC产品更加注重安全性和稳定性，这恰恰是LDO可以施展身手的领域，并且LDO可以级联在开关电源之后给负载供电，这样在达到高效率的同时，又利用LDO对开关电源的输出纹波进行很好的抑制。虽然电源管理技术这棵大树的两个分支中开关电源这支得到“阳光”和“雨水”更加充足，看起来显得更加粗壮，但LDO这支显然在电路结构，成本，以及噪声抑制把控得更好，不容忽视。并且随着设计师不断攻克技术难题和把研究重心放在：低功耗，高稳定性，高PSRR，快速响应，全集成无容等方面，使得LDO的竞争优势不断巩固。本发明主要关注的是在Bipolar工艺下设计实现一款具有较大输出电流和高电源抑制比的负压LDO稳压器，其可以应用于开关电源的后级稳压，负逻辑电源供应，低噪声装置，工业电源中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，包括启动关断模块、偏置模块、融合基准的误差放大模块、驱动及输出模块以及过热保护模块：
所述启动关断模块由正负逻辑启动关断电路和或门电路来产生迟滞；
所述偏置模块为电路其他模块提供精确偏置，使电路各重要功能模块工作在稳定状态下；
所述融合基准的误差放大器模块是由带隙基准和误差放大器进行结合，将产生的带隙基准电压和输出进行对比，通过放大变化来调控功率管输出稳定电压；
所述驱动及输出模块包括缓冲器和驱动电路，缓冲器用于驱动功率管的迅速开闭；
所述过热保护模块包括电流限制放大器、输出电流采样电阻RSNS、折返式电流限制电路和电流限制阈值电压VTH设置电路。
作为本发明的进一步方案：所述启动关断模块采用正负逻辑启动关断电路。
作为本发明的进一步方案：所述偏置模块电路为芯片提供三种偏置电流：正比于绝对温度电流，高精度零温漂电流，缓冲器的偏置电流。
作为本发明的进一步方案：所述融合基准的误差放大器模块是融合了带隙基准的误差放大电路。
作为本发明的进一步方案：所述驱动及输出模块采用了缓冲器，驱动功率管迅速的关闭。
作为本发明的进一步方案：所述驱动及输出模块放大EA输出的驱动电流，提高驱动功率管的驱动能力，能够适应输出大电流的要求。
作为本发明的进一步方案：过热保护模块能维持功率晶体管在芯片允许的所有输入-输出电压差下，均工作在安全工作区域内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对传统的低压差线性稳压器，应用融合基准的误差放大器，仿真设计了一款跌落电压300mV，最大输出电流1.5A，PSR在10MHz的高频也仍然大于25dB的大电流高电源抑制比LDO稳压器。
附图说明
图1是大电流高电源抑制比LDO稳压器的框图；
图2是图1中启动关断模块内部结构框图；
图3是图1中偏置模块电路示意图；
图4是图1中融合基准的误差放大器模块电路示意图；
图5是图1中驱动模块的电路示意图；
图6是图1中过流保护模块电路示意图。
图7为本发明的整体原理图。
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，而不是全部的实施例。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。
请参阅图1-7，实施例1：本发明实施例中，一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，包括一启动关断模块、一偏置模块、一融合基准的误差放大模块、一驱动及输出模块、一过热保护模块。
本设计是一种较大输出电流和较高电源抑制比的负压低压差线性稳压器。在负压下，可以轻松使用共射极的NPN晶体管作为功率调整管。创新地采用了带隙基准和误差放大器融合的电路结构，节省了芯片面积的同时降低噪声和静态电流；
所述启动关断模块由正负逻辑启动关断电路和或门电路来产生迟滞；
所述偏置模块主要功能是为电路其他模块提供精确偏置，使电路各重要功能模块工作在较为稳定的工作状态下；
所述融合基准的误差放大器模块是由带隙基准和误差放大器进行结合，将产生的带隙基准电压和输出进行对比，通过放大变化来调控功率管输出稳定电压；
所述驱动及输出模块主要包括缓冲器和驱动电路，缓冲器的作用是驱动功率管迅速的开闭；
所述过热保护模块包括电流限制放大器，输出电流采样电阻RSNS，折返式电流限制电路，电流限制阈值电压VTH设置电路。本模块具有电流限制功能，安全工作区保护功能。
如图2所示，初始状态电路处于关闭状态，启动关断电路的开启点是正负1.2V电压，当SHDN的电压达到1.2V或者-1.2V时偏置模块电路才会进行启动或者关断。
图3所示，偏置电路为芯片提供三种偏置电流：正比于绝对温度电流(简称正温电流或PTAT电流)，高精度零温漂电流，缓冲器的偏置电流。偏置电路由前级启动关断模块的输出的信号On/Off控制开启和关断，关断状态下，偏置电路不再工作，降低芯片功耗。
图4所示，该模块是融合了带隙基准的误差放大电路，在ADJ引脚产生-1.22V带隙基准电压，ADJ引脚同时也是反馈信号输入端。输出电压为-1.22V时，OUT与ADJ短接，输出电压大1.22V时，输出OUT通过一个电阻反馈网络与ADJ连接。当输出电压VOU变化时，在ADJ引脚接收反馈信号，这样在ADJ上就带有VOUT的交流变化，然后经过误差放大器放大这个变化，放大后的误差信号经过驱动模块进一步提高驱动能力，调整功率管的工作状态，通过这样一个反馈闭合回路来稳定输出电压。
实施例2：如图5所示，PNP管Q56就是P型射极跟随器，其基极输入信号为EA模块的输出信号Error Signal，其射极输出接到驱动电路的输入，Q57的基极。Q55提供缓冲器Q56偏置电流，Q55的基极偏置为Vb3来自偏置电路。Q55动态分配电流：当负载电流增大时，流入缓冲器Q56的电流减小而流入驱动电路输入管Q57基极的电流增加，也就是Q55可以根据负载情况，提供驱动电路所需要的驱动电流,达到快速驱动功率管和提供足够大的转换速率电流的作用。
实施例3：如图6所示，过流保护模块包括：电流限制放大器(ILIMIT AMP)，输出电流采样电阻RSNS，折返式电流限制电路(ILIMIT FOLDBACK)，电流限制阈值电压VTH设置电路。本模块具有电流限制功能，安全工作区保护功能。RSNS为低值电阻，采样部分输出电流，其上的压降VSNS。VTH是根据所需的电流限制阈值而设定的一个电压阈值，VSNS与VTH分别作为ILIMIT AMP的反向输入和正向输入，二者进行比较控制ILIMIT AMP的工作状态。当输出电流在额定范围内，VTH＜VSNS，ILIMIT AMP输出为高，不起作用。当流过功率管的输出电流超过电流限制阈值时，VSNS＞VTH，ILIMIT AMP输出为低，减少驱动电流，使出输出电流稳定在电流限阈值附近。当输入至输出电压(IN-to-OUT)电压差超过8V，折返式电流限制电路(ILIMITFOLDBACK)激活。随着IN-to-OUT电压差增大，ILIMIT FOLDBACK通过减小电流限制电压阈值VTH来减小电流限制阈值，这样就能维持功率晶体管在芯片允许的的的所有输入-输出电压差下，均工作在安全工作区域内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，包括启动关断模块启动关断模块、偏置模块、融合基准的误差放大模块、驱动及输出模块以及过热保护模块，其特征在于，
所述启动关断模块由正负逻辑启动关断电路和或门电路来产生迟滞；
所述偏置模块为电路其他模块提供精确偏置，使电路各重要功能模块工作在稳定状态下；
所述融合基准的误差放大器模块是由带隙基准和误差放大器进行结合，将产生的带隙基准电压和输出进行对比，通过放大变化来调控功率管输出稳定电压；
所述驱动及输出模块包括缓冲器和驱动电路，缓冲器用于驱动功率管的迅速开闭；
所述过热保护模块包括电流限制放大器、输出电流采样电阻RSNS、折返式电流限制电路和电流限制阈值电压VTH设置电路。
2.根据权利要求1所述的一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，其特征在于，所述启动关断模块采用正负逻辑启动关断电路。
3.根据权利要求1所述的一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，其特征在于，所述偏置模块电路为芯片提供三种偏置电流：正比于绝对温度电流，高精度零温漂电流，缓冲器的偏置电流。
4.根据权利要求1所述的一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，其特征在于，所述融合基准的误差放大器模块是融合了带隙基准的误差放大电路。
5.根据权利要求4所述的一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，其特征在于，所述驱动及输出模块采用了缓冲器，驱动功率管迅速的关闭。
6.根据权利要求4所述的一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，其特征在于，所述驱动及输出模块放大EA输出的驱动电流，提高驱动功率管的驱动能力，能够适应输出大电流的要求。
7.根据权利要求4所述的一种大电流高电源抑制比LDO稳压器，其特征在于，过热保护模块能维持功率晶体管在芯片允许的所有输入-输出电压差下，均工作在安全工作区域内。
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