CN111316188B - 一种低压差线性稳压系统 - Google Patents
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Abstract
一种低压差线性稳压系统，包括：基准电压电路(110)，其接收电源提供的输入电压(VIN)；一级控制电路(120)，接收输入电压(VIN)和基准电压电路(110)提供的基准电流，输出第一控制信号；二级控制电路(130)，接收输入电压(VIN)和基准电压电路(110)提供的基准电压，输出第二控制信号；逻辑电路(140)，接收第一控制信号和第二控制信号，用于对第一控制信号和第二控制信号进行“与”逻辑运算；低压差线性稳压电路(150)，其接收输入电压(VIN)并与逻辑电路(140)的输出端连接，低压差线性稳压电路(150)的输出端用于连接负载。低压差线性稳压系统受工艺和温度的影响较小，能够对负载电容快速充电。
Description
技术领域
本发明实施例涉及稳压电路技术，尤其涉及一种低压差线性稳压系统。
背景技术
LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)使用在其线性区域内运行的晶体管或场效应管(FET)，从输入电压中减去超额的电压，以此产生经过调节的输出电压。因其成本低，噪音低，静态电流小的特点，广泛应用于电源电路中。通常，LDO包括通路元件(晶体管或FET)、参考电压和误差信号放大器这几个主要部分。
现有的低压差线性稳压器适用条件为输入电压必须高于通路元件的分段点Vx，分段点Vx是电路工作在两种状态之间的临界电压值，一旦输入电压低于分段点Vx，低压差线性稳压器将无法正常工作，或者在输出与输入之间呈现较大的电阻特性，此时对负载储能元件(比如电容)的充电速度非常慢。并且，分段点Vx的波动范围受工艺和温度影响较大，通常分段点Vx的波动范围在0.8V左右，严重影响电路正常使用。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种低压差线性稳压系统，以解决输入电压小于分段点Vx时，对负载电容充电慢的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种低压差线性稳压系统。该低压差线性稳压电路包括：
基准电压电路，接收电源提供的输入电压，并提供基准电流和基准电压；
一级控制电路，接收所述输入电压和所述基准电压电路提供的基准电流，输出第一控制信号，所述一级控制电路具有第一分段点，所述第一分段点大于所述基准电压电路完全建立所述基准电压所需的最小电压值；
二级控制电路，接收所述输入电压和所述基准电压电路提供的基准电压，并输出第二控制信号，所述二级控制电路具有第二分段点，所述第二分段点的变化范围小于第一分段点的变化范围；
逻辑电路，与所述一级控制电路的输出端和所述二级控制电路的输出端相连，以接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，并对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行“与”逻辑运算；和
低压差线性稳压电路，其接收所述输入电压并与所述逻辑电路的输出端连接，所述低压差线性稳压电路的输出端用于连接负载。
可选地，所述一级控制电路包括：第一电流镜，接收所述输入电压和所述基准电流，并输出第一镜像电流，所述第一镜像电流的镜像比为1：1；第二电流镜，接收所述第一镜像电流，并输出第二镜像电流，所述第二镜像电流的比为1：x，其中x大于1；以及反相器，连接于所述第一电流镜与所述第二电流镜，所述反相器的输出端作为所述一级控制电路的输出端。
可选地，所述第一电流镜包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，其中：所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极连接所述电源以接收所述输入电压；所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极连接所述基准电压电路的第一输出端以接收所述基准电流；所述第三场效应管的源极和所述第四场效应管的源极，分别与所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极一一连接；所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极连接所述基准电压电路的第二输出端以接收所述基准电流；所述第五场效应管的源极和所述第六场效应管的源极，分别与所述第三场效应管的漏极和所述第四场效应管的漏极一一连接，所述第五场效应管的栅极和漏极连接，所述第六场效应管的栅极和漏极连接。
可选地，所述第二电流镜包括：第七场效应管和第八场效应管，其中：所述第七场效应管的漏极以及第七场效应管的栅极与所述第五场效应管的漏极以及所述第五场效应管的栅极均连接；所述第八场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极以及所述第六场效应管的栅极均连接；所述第七场效应管的栅极连接所述第八场效应管的栅极；所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的源极均接地。
可选地，所述反相器包括：第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管和第十三场效应管，其中：所述第九场效应管的源极连接所述电源；所述第九场效应管的漏极以及所述第九场效应管的栅极连接所述第十场效应管的源极；所述第十场效应管的漏极以及所述第十场效应管的栅极连接所述第十一场效应管的源极；所述第十一场效应管的的漏极以及所述第十一场效应管的栅极连接所述第十二场效应管的源极；所述第十二场效应管的漏极以及所述第十二场效应管的栅极分别与所述第十三场效应管的漏极以及所述第十三场效应管的栅极一一连接，所述第十二场效应管的漏极与所述第十三场效应管的漏极的连接点作为一级控制电路的输出端；所述第十三场效应管的源极接地。
可选地，所述一级控制电路还包括第一电阻，所述第一电阻一端连接电源，另一端与所述第六场效应管的漏极、所述第六场效应管的栅极、所述第八场效应管的源极、所述第十二场效应管的栅极和所述第十三场效应管的栅极均连接。
可选地，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第九场效应管、所述第十场效应管、所述第十一场效应管、所述第十二场效应管均为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第七场效应管、所述第八场效应管、所述第十三场效应管均为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
可选地，所述二级控制电路包括：电阻部件，所述电阻部件包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻一端和所述第三电阻一端串联，所述第二电阻另一端连接电源，所述第三电阻另一端接地；第一比较器，所述第二电阻和所述第三电阻的连接点连接第一比较器的正向输入端，第一比较器的反向输入端连接所述基准电压电路的第三输出端以接收所述基准电压，第一比较器的输出端作为二级控制电路的输出端。
可选地，所述基准电压电路的第三输出端输出基准电压为1.2V。
可选地，当所述第一比较器的正向输入端的电压大于基准电压电路完全建立所述基准电压所需的最小电压值且小于第二分段点时，所述第二控制信号为低电平，当所述第一比较器的正向输入端的电压大于第二分段点时，所述第二控制信号为高电平。
可选地，所述逻辑电路包括：第十四场效应管、第十五场效应管、第十六场效应管、第十七场效应管、第十八场效应管、第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管、第二十二场效应管和电容，其中：所述第十四场效应管的源极连接电源；所述第十四场效应管的栅极以及所述第十四场效应管的漏极与所述第十五场效应管的源极均连接；所述第十五场效应管的栅极、所述第十五场效应管的漏极以及所述第十六场效应管的源极与所述第二十一场效应管的栅极均连接；所述第十六场效应管的栅极、所述第十六场效应管的漏极以及所述第十七场效应管的源极与所述第二十场效应管的源极均连接；所述第十七场效应管的漏极、第十八场效应管的漏极、所述第二十场效应管的漏极以及所述第二十二场效应管的栅极与所述电容一端均连接，电容另一端连接所述电源；所述第十七场效应管的栅极以及所述第十八场效应管的栅极连接一级控制电路的输出端；所述第十八场效应管的源极连接所述第十九场效应管的漏极；所述第十九场效应管的源极以及所述第二十二场效应管的源极接地；所述第十九场效应管的栅极、所述第二十场效应管的栅极与所述二级控制电路的输出端连接；所述第二十一场效应管的源极连接所述第二十二场效应管的漏极；所述第二十一场效应管的漏极作为所述逻辑电路的输出端。
可选地，所述第十四场效应管、所述第十五场效应管、所述第十六场效应管、所述第十七场效应管、所述第二十场效应管均为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第十八场效应管、所述第十九场效应管、所述第二十一场效应管、所述第二十二场效应管均为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
可选地，所述低压差线性稳压电路包括：第二十三场效应管，与所述逻辑电路的输出端连接，用来接收逻辑电路输出的信号；第二十四场效应管，与所述第二十二场效应管连接；电阻部件，包括串联的第四电阻和第五电阻，其中所述第四电阻连接所述第二十四场效应管的漏极，所述第五电阻接地；第二比较器，所述第四电阻和所述第五电阻的连接点的电压作为所述第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端连接所述基准电压电路的第三输出端，第二比较器的输出端与所述第二十三场效应管的栅极连接。
可选地，所述第二十三场效应管的源极连接电源，所述第二十三场效应管的栅极连接所述逻辑电路的输出端，所述第二十三场效应管的漏极与所述第二十四场效应管的源极连接，其连接点作为所述低压差线性稳压电路的输出端，所述第二十四场效应管的栅极连接所述第二十二场效应管的栅极。
可选地，所述第二十三场效应管、所述第二十四场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
可选地，所述负载包括储能元件。
可选地，当所述输入电压小于第一分段点时，所述第一控制信号为低电平，当所述输入电压大于第一分段点时，所述第一控制信号为高电平。
本发明实施例的低压差线性稳压系统，采用对第一控制信号和第二控制信号进行“与”逻辑运算，将低压差线性稳压系统的分段点Vx的波动控制在较小的范围内，使其受工艺和温度的影响较小，实现低压差线性稳压系统对负载电容快速充电的功能。
附图说明
图1为本申请实施方式低压差线性稳压系统的示意框图；
图2为图1所示低压差线性稳压系统中的一级控制电路的一种实施例的示意图；
图3为本申请实施例低压差线性稳压系统中的二级控制电路的结构示意图；
图4是图1所示逻辑电路的功能示意图；
图5为本申请实施例的低压差线性稳压系统中的逻辑电路的结构示意图；
图6为本申请低压差线性稳压系统中一个实施例的低压差线性稳压电路的示意图；以及
图7为本申请实施例的低压差线性稳压系统的电路结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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实施例一部分实施例，而非全部实施例。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劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
图1为本申请实施方式低压差线性稳压系统的示意框图。如图1所示，在一个实施例中，低压差线性稳压系统包括基准电压电路110、一级控制电路120、二级控制电路130、逻辑电路140和低压差线性稳压电路150。其中，低压差线性稳压电路150可以是稳定输出2.7V电压的低压差线性稳压电路。当然，本申请对于低压差线性稳压电路150的具体规格、形式不做限制，可以是稳定输出高于或者低于2.7V电压的低压差线性稳压电路，低压差线性稳压电路150可以是市场上可售的任何型号的具有外部管脚的LDO芯片，也可以是具有这些LDO芯片同等功能的电路而与其他功能电路、辅助电路封装形成某种芯片。
具体的，通过输入电压VIN为基准电压电路110、一级控制电路120、二级控制电路130、逻辑电路140和低压差线性稳压电路150提供电源，或者说基准电压电路110、一级控制电路120、二级控制电路130、逻辑电路140和低压差线性稳压电路150接收输入电压VIN。基准电压电路110用于提供基准电流和基准电压；一级控制电路120接收所述基准电压电路提供的基准电流；二级控制电路130接收所述基准电压电路提供的基准电压；逻辑电路140与一级控制电路120的输出端和二级控制电路130的输出端相连，用于接收一级控制电路120的输出和二级控制电路130的输出，以对接收的两个输入进行“与”逻辑运算，并对应输出逻辑运算结果；低压差线性稳压电路150连接逻辑电路140的输出端，并接收所述输入电压，其输出端对负载进行充电。
基准电压电路接收输入电压(或者称作输入电源电压)，通过一个或者多个输出端输出一路或者多路基准电压或基准电流，以分别为不同的电路提供所需的基准电压、偏置电流，或者提供偏置电压、基准电流。在本申请实施例中，基准电压电路提供偏置电压和偏置电流，使一级控制电路和二级控制电路正常工作，基准电压电路提供基准电压和基准电流，为一级控制电路和二级控制电路提供一个参考值。
图2为图1所示低压差线性稳压系统中的一级控制电路的一种实施例的示意图。该一级控制电路包括：第一场效应管MP1、第二场效应管MP2、第三场效应管MP3、第四场效应管MP4、第五场效应管MP5、第六场效应管MP6、第七场效应管MN1、第八场效应管MN2、第九场效应管MP7、第十场效应管MP8、第十一场效应管MP9、第十二场效应管MP10、第十三场效应管MN3和第一电阻R1。
在本实施例一种可选的电路结构中，第一场效应管MP1、第二场效应管MP2、第三场效应管MP3、第四场效应管MP4、第五场效应管MP5、第六场效应管MP6、第九场效应管MP7、第十场效应管MP8、第十一场效应管MP9、第十二场效应管MP10分别为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；第七场效应管MN1、第八场效应管MN2、第十三场效应管MN3分别为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。其中，第一场效应管MP1、第三场效应管MP3、以及第五场效应管MP5与第二场效应管MP2、第四场效应管MP4以及第六场效应管MP6可以组成第一电流镜201，其电流镜像比例为1：1，第一电流镜的输出电流跟随输入电流，也就是输出电流的值等于输入电流的值；第七场效应管MN1与所述第八场效应管MN2形成第二电流镜202，电流镜像比例为1：x(x>1)，第二电流镜的输出电流的值大于输入电流的值。
具体的，第一场效应管MP1的源极和第二场效应管MP2的源极，均与输入电压VIN连接；第一场效应管MP1的栅极和第二场效应管MP2的栅极连接基准电压电路的第一输出端VBPA；第三场效应管MP3的源极和第一场效应管MP1的漏极连接，第四场效应管MP4的源极和第二场效应管MP2的漏极连接，以提高第一电流镜201的镜像精度；第三场效应管MP3的栅极和第四场效应管MP4的栅极连接基准电压电路的第二输出端VBPB；基准电压电路的第一输出端VBPA和第二输出端VBPAB用来输出基准电流。第五场效应管MP5的源极和第三场效应管MP3的漏极连接；第六场效应管MP6的源极和第四场效应管MP4的漏极连接；第五场效应管MP5的栅极与漏极相连，第六场效应管MP6的栅极与漏极相连。第七场效应管MN1的漏极以及第七场效应管MN1的栅极相连，并连接到第五场效应管MP5的漏极；第八场效应管MN2的漏极与第六场效应管MP6的漏极相连接；第七场效应管MN1的栅极连接所述第八场效应管MN2的栅极；第七场效应管MN1的源极与所述第八场效应管MN2的源极均接地。输入电压VIN连接第九场效应管MP7的源极，第九场效应管MP7的漏极以及第九场效应管MP7的栅极连接第十场效应管MP8的源极，第十场效应管MP8的漏极以及第十场效应管MP8的栅极连接第十一场效应管MP9的源极，第十一场效应管MP9的漏极与第十一场效应管MP9的栅极连接，第九场效应管MP7、第十场效应管MP8和第十一场效应管MP9提供5V耐压的作用。第十二场效应管MP10的源极连接第十一场效应管MP9的漏极和栅极，第十二场效应管MP10的漏极与第十三场效应管MN3的漏极连接，其中连接点作为一级控制电路120的输出端A。其中，第九场效应管MP7、第十场效应管MP8、第十一场效应管MP9、第十二场效应管MP10和第十三场效应管MN3可以组成反相器203，即反相器203的输出端也是一级控制电路120的输出端A。第十三场效应管MN3的源极接地。第一电阻R1一端连接输入电压VIN，另一端与第六场效应管MP6的漏极和栅极、第八场效应管MN2的源极、第十二场效应管MP10的栅极和第十三场效应管MN3的栅极均连接。
基准电压电路110为一级控制电路提供偏置电压和基准电流，使一级控制电路正常工作。一级控制电路的第一分段点为Vx1，本文中，分段点表示的是电路工作在两种状态之间的临界电压值，例如第一分段点即是一级控制电路120工作在两种状态(或者称为输出两种状态)的临界电压。当输入电压VIN在1～Vx1之间时，基准电压电路110的基准电流尚未建立起来，此时，在电阻R1的作用下，A_N被拉至高电平，经过反相器203的作用，一级控制电路120的输出端A为低电平；当输入电压大于第一分段点Vx1时，基准电流完全建立起来，由于第二电流镜的镜像比例为MN1:MN2＝1:x(x>1)，在一种优选的实施例中，x可以是16，此时A_N被拉至低电平，一级控制电路输出端A为高电平。由于一级控制电路受温度和工艺影响较大，第一分段点Vx1在2.2V～3V之间变动，当输入电压VIN正好处于2.2V～3V这个范围之内时，输出端A的输出为不确定值，所以通过一级控制电路120只能保证在输入电压VIN小于2.2V时，输出端A的输出可确定为低电平，输入电压VIN高于3V时，输出端A的输出可确定为高电平。可以看出，第一分段点Vx1的范围变化较大。本申请通过二级控制电路和逻辑电路来进一步将低压差线性稳压系统的分段点的变化范围缩小。图3为本申请实施例低压差线性稳压系统中的二级控制电路的示意图。二级控制电路包括：第二电阻R2、第三电阻R3和第一比较器EA1。
基准电压电路为二级控制电路提供偏置电流和基准电压，使二级控制电路正常工作。二级控制电路的第二分段点为Vx2。第二电阻R2一端连接输入电压VIN，另一端连接第三电阻R3，第二电阻R2和第三电阻R3的连接点作为第一比较器EA1的正向输入端(标记为“+”)，第一比较器EA1的反向输入端(标记为“-”)连接基准电压电路的第三输出端，接收基准电压电路产生的基准电压VBG。在一种可选的实施例中，基准电压电路110产生的基准电压VBG可以为1.2V。输入电压VIN经过电阻分压产生电压VINP输入到第一比较器EA1的正向输入端，由此，电压VINP与基准电压电路产生的基准电压VBG进行比较，输出端B输出比较结果。当输入电压VIN小于Va时，基准电压电路110没有完全建立基准电压VBG，也就是基准电压VBG不稳定，此时第一比较器EA1的输出端B输出的比较结果不定，当输入电压VIN大于Va时，基准电压完全建立，VBG稳定，对应的输出端B可以输出确定的比较结果。Va是基准电压电路完全建立基准电压所需的最小电压值，第二分段点Vx2的范围在3V～3.2V之间。在一种优选的实施例中，Va可以取1.9V。输入电压VIN大于1.9V且小于Vx2时，输出端B输出的比较结果为低电平，当输入电压VIN大于Vx2时，输入电压VIN在经过电阻R1和电阻R2分压所得的正向输入端电压VINP大于基准电压VBG，输出端B输出的比较结果变为高电平。当输入电压VIN在3V～3.2V之间时，输出端B输出的比较结果为不确定值。
可选地，一级控制电路可以是其他电路，比如，可以是第一分段点Vx1大于基准电压电路完全建立基准电压所需的最小电压值的电路，本申请对此不作限制。
可选地，二级控制电路可以是其他电路，比如，可以是第二分段点Vx2的变化范围小于第一分段点Vx1的变化范围的电路，本申请对此不作限制。应理解，对于“变化范围”，指的是分段点受电路中元件的工艺以及温度影响而产生的不确定区间的大小。
图4是图1所示逻辑电路的功能示意图。在本实施例中，逻辑电路是能实现“与”逻辑的电路。逻辑电路接收三路输入信号，分别为：a路输入，为输入电压VIN；b路输入，为比较器EA1输出端B输出的比较信号；c路输入，为一级控制电路输出的一级控制输出信号。a路的输入电压VIN从0V上升到5V。当输入电压VIN小于2.2V时，输出端A为低电平，当输入电压VIN大于3V时，输出端A为高电平，当输入电压VIN在2.2V～3V之间时，输出端A为不确定状态，也就是一级控制电路受工艺参数和温度的影响，其第一分段点Vx1为2.2V～3V之间的一个不确定值。当输入电压VIN在1V～1.9V之间时，输出端B为不确定值，当输入电压VIN在1.9V～Vx2之间时，输出端B为低电平，当输入电压VIN在3V～3.2V之间时，输出信号B不确定，当输入电压VIN大于Vx2时，输出端B为高电平。此时第二分段点Vx2在3V～3.2V之间的一个不确定值。输出信号A和B经过逻辑电路140后，得到输出信号d，实现了“与”的逻辑功能，产生Gate_P信号。具体的，当输入电压VIN小于3V时，输出Gate_P为低电平，当输入电压VIN大于3.2V时，输出Gate_P为高电平，输入电压VIN在3V～3.2V之间时，输出Gate_P为不确定值，此时，逻辑电路将低压差线性稳压系统分段点的变化范围缩小为3V～3.2V之间。
可选地，逻辑电路也可以是其他能够实现“与”逻辑运算的其他电路，本申请对此不作限制。
图5为本申请实施例的低压差线性稳压系统中的逻辑电路的结构示意图，逻辑电路包括：第十四场效应管MP11、第十五场效应管MP12、第十六场效应管MP13、第十七场效应管MP14、第十八场效应管MN4、第十九场效应管MN5、第二十场效应管MP15、第二十一场效应管MN6、第二十二场效应管MN7和电容C2。
具体的，第十四场效应管MP11的源极连接输入电压，第十四场效应管MP11的栅极以及漏极连接第十五场效应管MP12的源极；第十五场效应管MP12的栅极、第十五场效应管MP12的漏极以及第十六场效应管MP13的源极与第二十一场效应管MN6的栅极通过VH连接点相互连接；第十六场效应管MP13的漏极、第十六场效应管MP13的栅极以及第十七场效应管MP14的源极与第二十场效应管MP15的源极均连接。第十七场效应管MP14的漏极、第十八场效应管MN4的漏极、第二十场效应管MP15的漏极以及第二十二场效应管MN7的栅极均连接电容C2一端，电容C2另一端连接输入电压；第十七场效应管MP14的栅极以及第十八场效应管MN4的栅极连接一级控制电路的输出端，接收一级控制电路的输出信号。第十八场效应管MN4的源极连接所述第十九场效应管MN5的漏极，第十九场效应管MN5的源极以及第二十二场效应管MN7的源极接地，第十九场效应管MN5的栅极以及第二十场效应管MP15的栅极连接二级控制电路的输出端，接收二级控制电路的输出信号。第二十一场效应管MN6的源极连接第二十二场效应管MN7的漏极，第二十一场效应管MN6的漏极作为所述逻辑电路的输出端，并输出信号Gate_P。
在本实施例一种可选的电路结构中，第十四场效应管MP11、第十五场效应管MP12、第十六场效应管MP13、第十七场效应管MP14、第二十场效应管MP15分别为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；第十八场效应管MN4、第十九场效应管MN5、第二十一场效应管MN6、第二十二场效应管MN7分别为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
电容C2的主要作用为：输入电压VIN在低电压域1V～3V上升时，将第二十二场效应管MN7栅极的信号Gate_SW快速耦合至高电平，从而拉低信号Gate_P电平。第二十一场效应管MN6的主要作用为：当输入电压VIN达到5V时，信号Gate_P将会达到4V，第二十二场效应管MN7为耐压3.3V的器件，因此添加第二十一场效应管MN6可实现5V输入电压VIN下的耐压，第十四场效应管MP11，第十五场效应管MP12，第十六场效应管MP13也是为了实现5V输入电压VIN下的耐压。
图6为本申请低压差线性稳压系统中一个实施例的低压差线性稳压电路的示意图。低压差线性稳压电路包括：第二十三场效应管MP18、第二十四场效应管MP19、电阻部件和第二比较器EA2。其中，电阻部件包括串联的第四电阻R4、第五电阻R5。
具体的，第二十三场效应管MP18的源极连接输入电压VIN，第二十三场效应管MP18的栅极连接逻辑电路的输出端。第二十三场效应管MP18的漏极与第二十四场效应管MP19的源极连接，其中，连接点作为低压差线性稳压电路的输出端VOUT。第二十四场效应管MP19的栅极连接第二十二场效应管MN7的栅极，第二十四场效应管MP19的漏极通过串联的第四电阻R4和第五电阻R5接地。第四电阻和第五电阻的连接点的电压作为第二比较器EA2的正向输入端，第二比较器EA2的反向输入端连接所述基准电压电路的第三输出端，第二比较器的输出端与第二十三场效应管的栅极连接。
可选地，第二十三场效应管、第二十四场效应管均为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
第二十三场效应管MP18为低压差线性稳压电路输出级的功率管，在输出跟随输入时，为防止在第四电阻R4和第五电阻R5通路上漏电，添加第二十四场效应管MP19作为开关管，将该通路断开。在输入电压VIN大于分段点Vx时，输出端VOUT输出2.7V，此时第二十四场效应管MP19导通，实现标准的低压差线性稳压电路功能。第二比较器EA2比较输出电压和基准电压，起到负反馈调节输出稳定的作用。
图7为本申请实施例的低压差线性稳压系统的电路结构示意图。输入电压VIN连接一级控制电路、二级控制电路、逻辑电路和低压差线性稳压电路，基准电压电路的第一输出端和第二输出端分别连接一级控制电路的输入端VBPA和VBPB，基准电压电路的第三输出端连接二级控制电路的输入端VBG和低压差线性稳压电路的输入端，一级控制电路的输出端A和二级控制电路的输出端B连接逻辑电路的输入端。逻辑电路的输出端与低压差线性稳压电路的输入端连接。低压差线性稳压电路的输出端VOUT对负载快速充电。
需要说明的是，本申请各实施方式中所描述的低压差线性稳压电路可以是各种规格的低压差线性稳压电路，其形态可以是一颗单独封装具有外接引脚的LDO芯片，与低压差线性稳压系统的其他电路(比如一级控制电路、二级控制电路、逻辑电路等)组合成所述的低压差线性稳压系统；低压差线性稳压电路还可以与系统中的其他电路一起封装形成一颗具有外接引脚的LDO芯片，此种情况下外接引脚的数量和设置与前一例子可能会存在区别；当然，本申请的低压差线性稳压系统中的一级控制电路、二级控制电路、逻辑电路、低压差线性稳压电路也可以不是单独的芯片形态，而是统一整合到某些功能芯片中，与功能芯片内的某些模块进行连接以提供稳压功能。
本发明的实施方式，通过逻辑电路，将一级控制电路和二级控制电路的输出结果进行“与”的逻辑功能，能够在输入电压小于分段点时，对负载电容快速充电，并且将低压差线性稳压系统的分段点Vx的波动控制在较小的范围内，使得受工艺和温度的影响较小。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述电路结构亦可以采用其他相同逻辑的器件实现。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种低压差线性稳压系统，其特征在于，包括：
基准电压电路，接收电源提供的输入电压，并提供基准电流和基准电压；
一级控制电路，接收所述输入电压和所述基准电压电路提供的基准电流，输出第一控制信号，所述一级控制电路具有第一分段点，所述第一分段点大于所述基准电压电路完全建立所述基准电压所需的最小电压值；
二级控制电路，接收所述输入电压和所述基准电压电路提供的基准电压，并输出第二控制信号，所述二级控制电路具有第二分段点，所述第二分段点的变化范围小于第一分段点的变化范围；
逻辑电路，与所述一级控制电路的输出端和所述二级控制电路的输出端相连，以接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，并对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行“与”逻辑运算；和
低压差线性稳压电路，其接收所述输入电压并与所述逻辑电路的输出端连接，所述低压差线性稳压电路的输出端用于连接负载。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压系统，其中，所述一级控制电路包括：
第一电流镜，接收所述输入电压和所述基准电流，并输出第一镜像电流，所述第一镜像电流的镜像比为1：1；
第二电流镜，接收所述第一镜像电流，并输出第二镜像电流，所述第二镜像电流的比为1：x，其中x大于1；以及
反相器，连接于所述第一电流镜与所述第二电流镜，所述反相器的输出端作为所述一级控制电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压系统，其中，所述第一电流镜包括：
第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，其中：
所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极连接所述电源以接收所述输入电压；
所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极连接所述基准电压电路的第一输出端以接收所述基准电流；
所述第三场效应管的源极和所述第四场效应管的源极，分别与所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极一一连接；
所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极连接所述基准电压电路的第二输出端以接收所述基准电流；
所述第五场效应管的源极和所述第六场效应管的源极，分别与所述第三场效应管的漏极和所述第四场效应管的漏极一一连接；
所述第五场效应管的栅极和漏极连接，所述第六场效应管的栅极和漏极连接。
4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压系统，其中，所述第二电流镜包括：第七场效应管和第八场效应管，其中：
所述第七场效应管的漏极以及所述第七场效应管的栅极与所述第五场效应管的漏极以及所述第五场效应管的栅极均连接；
所述第八场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极以及所述第六场效应管的栅极均连接；
所述第七场效应管的栅极连接所述第八场效应管的栅极；
所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的源极均接地。
5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压系统，其中，所述反相器包括：第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管和第十三场效应管，其中：
所述第九场效应管的源极连接所述电源；
所述第九场效应管的漏极以及所述第九场效应管的栅极连接所述第十场效应管的源极；
所述第十场效应管的漏极以及所述第十场效应管的栅极连接所述第十一场效应管的源极；
所述第十一场效应管的漏极以及所述第十一场效应管的栅极连接所述第十二场效应管的源极；
所述第十二场效应管的漏极以及所述第十二场效应管的栅极分别与所述第十三场效应管的漏极以及所述第十三场效应管的栅极一一连接，所述第十二场效应管的漏极与所述第十三场效应管的漏极的连接点作为一级控制电路的输出端；
所述第十三场效应管的源极接地。
6.根据权利要求5所述的低压差线性稳压系统，其中，所述一级控制电路还包括第一电阻，所述第一电阻一端连接电源，另一端与所述第六场效应管的漏极、所述第六场效应管的栅极、所述第八场效应管的源极、所述第十二场效应管的栅极和所述第十三场效应管的栅极均连接。
7.根据权利要求5所述的低压差线性稳压系统，其中，
所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第九场效应管、所述第十场效应管、所述第十一场效应管、所述第十二场效应管均为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；以及
所述第七场效应管、所述第八场效应管、所述第十三场效应管均为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
8.根据权利要求1所述的低压差线性稳压系统，其中，所述二级控制电路包括：
电阻部件，所述电阻部件包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻一端和所述第三电阻一端串联，所述第二电阻另一端连接电源，所述第三电阻另一端接地；
第一比较器，所述第二电阻和所述第三电阻的连接点连接第一比较器的正向输入端，第一比较器的反向输入端连接所述基准电压电路的第三输出端以接收所述基准电压，第一比较器的输出端作为二级控制电路的输出端。
9.根据权利要求8所述的低压差线性稳压系统，其中，所述基准电压电路的第三输出端输出基准电压为1.2V。
10.根据权利要求8所述的低压差线性稳压系统，其中，当所述第一比较器的正向输入端的电压大于基准电压电路完全建立所述基准电压所需的最小电压值且小于第二分段点时，所述第二控制信号为低电平，当所述第一比较器的正向输入端的电压大于第二分段点时，所述第二控制信号为高电平。
11.根据权利要求1所述的低压差线性稳压系统，其中，所述逻辑电路包括：
第十四场效应管、第十五场效应管、第十六场效应管、第十七场效应管、第十八场效应管、第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管、第二十二场效应管和电容，其中：
所述第十四场效应管的源极连接电源；
所述第十四场效应管的栅极以及所述第十四场效应管的漏极与所述第十五场效应管的源极均连接；
所述第十五场效应管的栅极、所述第十五场效应管的漏极以及所述第十六场效应管的源极与所述第二十一场效应管的栅极均连接；
所述第十六场效应管的栅极、所述第十六场效应管的漏极以及所述第十七场效应管的源极与所述第二十场效应管的源极均连接；
所述第十七场效应管的漏极、所述第十八场效应管的漏极、所述第二十场效应管的漏极以及所述第二十二场效应管的栅极与所述电容一端均连接，所述电容另一端连接所述电源；
所述第十七场效应管的栅极以及所述第十八场效应管的栅极连接一级控制电路的输出端；
所述第十八场效应管的源极连接所述第十九场效应管的漏极；
所述第十九场效应管的源极以及所述第二十二场效应管的源极接地；
所述第十九场效应管的栅极、所述第二十场效应管的栅极与所述二级控制电路的输出端连接；
所述第二十一场效应管的源极连接所述第二十二场效应管的漏极；
所述第二十一场效应管的漏极作为所述逻辑电路的输出端。
12.根据权利要求11所述的低压差线性稳压系统，其中，
所述第十四场效应管、所述第十五场效应管、所述第十六场效应管、所述第十七场效应管、所述第二十场效应管均为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；以及
所述第十八场效应管、所述第十九场效应管、所述第二十一场效应管、所述第二十二场效应管均为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
13.根据权利要求11所述的低压差线性稳压系统，其中，所述低压差线性稳压电路包括：
第二十三场效应管，与所述逻辑电路的输出端连接，用来接收逻辑电路输出的信号；
第二十四场效应管，与所述第二十二场效应管连接；
电阻部件，包括串联的第四电阻和第五电阻，其中所述第四电阻连接所述第二十四场效应管的漏极，所述第五电阻接地；
第二比较器，所述第四电阻和所述第五电阻的连接点的电压作为所述第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端连接所述基准电压电路的第三输出端，第二比较器的输出端与所述第二十三场效应管的栅极连接。
14.根据权利要求13所述的低压差线性稳压系统，其中，
所述第二十三场效应管的源极连接电源，所述第二十三场效应管的栅极连接所述逻辑电路的输出端，所述第二十三场效应管的漏极与所述第二十四场效应管的源极连接，其连接点作为所述低压差线性稳压电路的输出端，所述第二十四场效应管的栅极连接所述第二十二场效应管的栅极。
15.根据权利要求13所述的低压差线性稳压系统，其中，
所述第二十三场效应管、所述第二十四场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
16.根据权利要求1所述的低压差线性稳压系统，其中，所述负载包括储能元件。
17.根据权利要求1-16任意一项所述的低压差线性稳压系统，其中，当所述输入电压小于第一分段点时，所述第一控制信号为低电平，当所述输入电压大于第一分段点时，所述第一控制信号为高电平。
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