CN111522390A - 一种有效提高瞬态响应速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有效提高瞬态响应速度的方法，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，控制第二级放大管的栅，以提高瞬态响应速度和芯片输出的稳定性。本发明还提供了针对上述方法的电路，可以有效提高瞬态响应速度。所述电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻。本发明优化了输出负载轻载、重载突变时环路的响应速度，提高了瞬态响应速度以及减小了输出上冲和下冲的电压，提高了输出电压的稳定性和电路性能。

Description

一种有效提高瞬态响应速度的方法
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域的低压差线性稳压器的应用，尤其是涉及一种有效提高瞬态响应速度的方法。
背景技术
随着便携式电子产品的快速发展，在笔记本电脑、数码相机、手机等便携式电子产品系统应用中，对产品的功耗、噪声、环路稳定应、瞬态响应速度和成本的要求变得越来越高。本发明着重从瞬态响应、功耗、成本三发面展开说明。当输出负载从轻载突变为重载时，输出电压就会出现下冲的情况，当下冲电压过小时，就会出现欠压的风险；当输出负载从重载突变为轻载时，输出电压就会出现上冲的情况，当上冲电压过大时，就会有芯片失效的风险。本发明通过采样输出电流的方式，有效改善了瞬态响应速度而不增加静态功耗，优化上冲和下冲电压的大小，由于电路结构简单，大大节省了成本。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种有效提高瞬态响应速度的方法。
本发明的再一目的在于：提供一种针对上述方法的电路。
本发明目的通过下述方案实现：一种有效提高瞬态响应速度的方法，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，控制第二级放大管的栅，提高瞬态响应速度和芯片输出的稳定性。
本发明提供了一种针对上述有效提高瞬态响应速度方法的电路，包括NMOS管、PMOS管和电阻组成运算放大器和输出分压电路，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，再控制第二级放大管的栅，提高瞬态响应速度，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，所述的第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4和第五PMOS管MP5的源极连接电源电压VDD，第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5接地端GND，第三电阻R3、第四电阻R4提供反馈电压Vfb输入到第一NMOS管MN1的栅极，第三NMOS管MN3接基准电压Vbias，第五PMOS管MP5漏极和第第二电阻R2之间为电压输出端VOUT，其中，至少包括：
由一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2构成第一部分，为运算放大器电路；以及，
由第五PMOS管MP5、第三电阻R3、第四电阻R4构成第三部分，构成第二级放大和输出电压分压电路。
在上述方案基础上，电路第一部PART1中，由第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3构成运算放大器，作为低压差线性稳压器环路的第一级放大器，Vbg和Vbias为标准电压源，通过该放大器使得反馈电压Vfb和Vbg相等，通过第三部分PART3中第三电阻R3和第四电阻R4分压得到误差很小的输出电压。
一般情况下，对静态功耗要求不高的情况下，第一部分PART1和第三部分PART3再加上一些补偿足够可以输出一个稳定的输出电压，但是，对静态电流要求比较高的时候，第一级放大器尾电流比较小时，增益较小，输出到功率管第五PMOS管MP5的栅上，如果输出没有大电容时，就会出现输出电压跳变较大的情况，仿真结果如图2所示。
在上述方案基础上，由第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一电阻R1、第二电阻R2构成第二部分，作为输出负载电流采样电路，其中，第三PMOS管MP3为采样管，第一电阻R1和第四PMOS管MP4起到辅助采样的作用，第二电阻R2起到保护第四PMOS管MP4栅，防止其因接PAD而被击穿的作用，第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5为电流镜，负责将采样电流反馈给运算放大器，当输出轻载/重载突变时，采样管第三PMOS管MP3采样输出电流，通过电流镜第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5反馈到第一级放大器。
针对传统低压差线性稳压器输出轻载、重载快速切换时输出不稳定，上冲和下冲跳变严重的缺点，提出了一种提高瞬态响应速度的方法，电路中通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，控制第二级放大管第五PMOS管MP5的栅，提高瞬态响应速度，有效提高了芯片输出的稳定性。
本发明的有益效果为：本发明优化了输出负载轻载、重载突变时环路的响应速度，提高了瞬态响应速度以及减小了输出上冲和下冲的电压，提高了输出电压的稳定性和电路性能。
附图说明
图1为实施例的具体电路结构示意图；
图2为本发明中改善前轻载/重载突变的仿真结果图；
图3为本发明中改善后轻载/重载突变的仿真结果图。
具体实施方式
在如图1所示电路，VDD为电源电压、GND为接地、Vbg和Vbias为外接标准电压、VOUT为输出电压，各元器件间的连接关系为：
第一PMOS管MP1的源极连接电源电压VDD、第一PMOS管MP1栅极连接第一PMOS管MP1漏极、第二PMOS管MP2栅极和第一NMOS管MN1漏极、第一PMOS管MP1衬底连接电源电压VDD；
第二PMOS管MP2源极连接电源电压VDD，第二PMOS管漏极连接第二NMOS管MN2漏极、第三PMOS管MP3栅极和第五PMOS管MP5栅极、第二PMOS管衬底连接电源电压VDD；
第三PMOS管MP3的源极连接第三PMOS管MP3的衬底和第一电阻R1正极，第三PMOS管MP3漏极连接第四PMOS管MP4的源极和第四PMOS管的衬底；
第四PMOS管MP4栅极连接第二电阻R2正极、第四PMOS管的漏极连接第五NMOS管MN5的漏极、第五NMOS管的栅极和第四NMOS管MN4的栅极；
第五PMOS管MP5的源极和第五PMOS管MP5衬底连接电源电压VDD，第五PMOS管MP5的漏极连接第二电阻R2的负极、第三电阻R3的正极和输出电压VOUT；
第一NMOS管MN1的栅极连接第三电阻R3的负极和第四电阻R4的正极，第一NMOS管MN1的源极和衬底连接第三NMOS管MN3的漏极、第二NMOS管MN2的源极和衬底、第四NMOS管MN4的漏极；
第二NMOS管MN2的栅极连接外部标准电压Vbg；
第三NMOS管MN3的栅极连接外部标准电压Vbias、第三NMOS管的源极和衬底连接GND；
第四NMOS管MN4的源极和衬底连接GND；
第五NMOS管MN5的源极和衬底连接GND；
第一电阻R1的负极连接电源电压VDD；
第四电阻R4的负极连接GND。
第一部分中PART1中，第一、二MOS管MP1、MP2，第一、二、三NMOS管MN1、MN2、MN3构成的运算放大器作为低压差线性稳压器环路的第一级放大器，Vbg和Vbias为标准电压源，通过该放大器使得反馈电压Vfb和标准电压Vbg相等；
由第五PMOS管MP5、第三电阻R3、第四电阻R4构成第三部分PART3，构成第二级放大和输出电压分压电路，通过PART3中第三电阻R3和第四电阻R4分压得到客户需求的误差很小的输出电压。
本发明增加了第二部分电路PART2电路，由第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一电阻R1、第二电阻R2构成第二部分，作为输出负载电流采样电路。该PART2电路中，第三PMOS管MP3为采样管，第一电阻R1和第四PMOS管MP4起到辅助采样的作用，第二电阻R2起到保护第四PMOS管MP4栅，防止其因接PAD而被击穿的作用，第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5为电流镜，负责将采样电流反馈给运算放大器，当输出轻载/重载突变时，采样管第三PMOS管MP3采样输出电流，通过电流镜第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5反馈到第一级放大器。增大放大器的尾电流，进而提高增益，控制功率管的栅，有效的提高了环路的瞬态响应速度，减小突变电压，本实施例仿真结果如图3所示。本发明提供了一种结构简单的电路，不会增加产品的静态功耗，而且很大程度的提高了瞬态响应速度。
本发明的内容和特点已揭示如上，前面叙述的电路结构仅仅是本领域的一种示例，可应用于任何电源管理类芯片瞬态响应相关的电路中。

Claims (5)

1.一种有效提高瞬态响应速度的方法，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，控制第二级放大管的栅，以提高瞬态响应速度和芯片输出的稳定性。
2.一种根据权利要求1所述方法的有效提高瞬态响应速度的电路，其特征在于，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，再控制第二级放大管的栅，提高瞬态响应速度，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，所述的第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4和第五PMOS管MP5的源极连接电源电压VDD，第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5接地端GND，第三电阻R3、第四电阻R4提供反馈电压Vfb输入到第一NMOS管MN1的栅极，第三NMOS管MN3接基准电压Vbias，第五PMOS管MP5漏极和第第二电阻R2之间为电压输出端VOUT，其中，至少包括：
由一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2构成第一部分，为运算放大器电路；以及，
由第五PMOS管MP5、第三电阻R3、第四电阻R4构成第三部分，构成第二级放大和输出电压分压电路。
3.根据权利要求2所述的提高瞬态响应速度的电路，其特征在于，电路第一部PART1中，由第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3构成运算放大器，作为低压差线性稳压器环路的第一级放大器，Vbg和Vbias为标准电压源，通过该放大器使得反馈电压Vfb和Vbg相等，通过第三部分PART3中第三电阻R3和第四电阻R4分压得到误差很小的输出电压。
4.根据权利要求2或3所述的提高瞬态响应速度的电路，其特征在于，由第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一电阻R1、第二电阻R2构成第二部分，作为输出负载电流采样电路，其中，第三PMOS管MP3为采样管，第一电阻R1和第四PMOS管MP4起到辅助采样的作用，第二电阻R2起到保护第四PMOS管MP4栅，防止其因接PAD而被击穿的作用，第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5为电流镜，负责将采样电流反馈给运算放大器，当输出轻载/重载突变时，采样管第三PMOS管MP3采样输出电流，通过电流镜第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5反馈到第一级放大器。
5.根据权利要求4所述的有效提高瞬态响应速度的电路，其特征在于，第一PMOS管MP1的源极连接电源电压VDD、第一PMOS管MP1栅极连接第一PMOS管MP1漏极、第二PMOS管MP2栅极和第一NMOS管MN1漏极、第一PMOS管MP1衬底连接电源电压VDD；
第二PMOS管MP2源极连接电源电压VDD，第二PMOS管漏极连接第二NMOS管MN2漏极、第三PMOS管MP3栅极和第五PMOS管MP5栅极、第二PMOS管衬底连接电源电压VDD；
第三PMOS管MP3的源极连接第三PMOS管MP3的衬底和第一电阻R1正极，第三PMOS管MP3漏极连接第四PMOS管MP4的源极和第四PMOS管的衬底；
第四PMOS管MP4栅极连接第二电阻R2正极、第四PMOS管的漏极连接第五NMOS管MN5的漏极、第五NMOS管的栅极和第四NMOS管MN4的栅极；
第五PMOS管MP5的源极和第五PMOS管MP5衬底连接电源电压VDD，第五PMOS管MP5的漏极连接第二电阻R2的负极、第三电阻R3的正极和输出电压VOUT；
第一NMOS管MN1的栅极连接第三电阻R3的负极和第四电阻R4的正极，第一NMOS管MN1的源极和衬底连接第三NMOS管MN3的漏极、第二NMOS管MN2的源极和衬底、第四NMOS管MN4的漏极；
第二NMOS管MN2的栅极连接外部标准电压Vbg；
第三NMOS管MN3的栅极连接外部标准电压Vbias、第三NMOS管的源极和衬底连接GND；
第四NMOS管MN4的源极和衬底连接GND；
第五NMOS管MN5的源极和衬底连接GND；
第一电阻R1的负极连接电源电压VDD；
第四电阻R4的负极连接GND。
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