CN111665894A - 低压差稳压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低压差稳压器,包括低压差稳压电路和翻转电压跟随电路,所述低压差稳压电路包括误差放大器、第一MOS管和反馈电路,所述误差放大器与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述输出功率器件连接,所述输出功率器件与所述反馈电路连接,所述反馈电路与所述误差放大器连接。所述低压差稳压器包括低压差稳压电路和翻转电压跟随电路,通过所述翻转电压跟随电路能够提高所述低压差稳压器的负载瞬态响应速度,并且能够提高所述低压差稳压器的带宽和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及稳压器技术领域,尤其涉及一种低压差稳压器。
背景技术
低压差稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)在片上系统(System-on-a-chip,SOC)中,已成为功率管理的重要基础模块,对其性能指标如效率、待机功耗、输出电流、负载瞬态响应的要求越来越苛刻。其中,性能优良的负载瞬态响应、较小的过冲和欠冲,对于防止系统的意外宕机是非常关键的。
如图1所示,一方面,低压差稳压器的设计通常要求误差放大器具有较高的直流增益,从而保证输出电压的精度、电源纹波抑制比等指标,也意味着误差放大器通常采用运算跨组放大器,其输出阻抗是非常大的;另一方面,低压差稳压器通常要求输出电流尽可能大,也就意味着输出功率器件尺寸很大,由此带来的寄生电容也很大。其中,输出节点会形成较低频率的极点,从而导致低压差稳压器环路带宽变低。并且低压差稳压器通常要求具有较小的待机功耗,意味着误差放大器的偏置电流很小,使用较小的电流对较大的电容进行充放电,意味着该节点的瞬态响应很慢,从而导致低压差稳压器整体的负载瞬态响应很慢。
而为了解决上述问题,通常采用如图2所示的方式,即在误差放大器和输出功率器件之间插入超级电压跟随器,超级电压跟随器本身的尺寸较小,输入寄生电容较小,从而可以将误差放大器输出节点的极点推向更高的频率。另外,尽管功率器件的输入寄生电容仍然很大,但是超级电压跟随器的输出阻抗较低,仍然可以将该节点的极点推向更高的频率,并且超级电压跟随器对寄生电容的充放电速度更快,从而保证了低压差稳压器整体负载瞬态的响应速度。但如图2所示的电路中加入的超级电压跟随器的输出阻抗还是很高,导致该节点的极点的频率还是较低,低压差稳压器整体的负载瞬态响应还是较慢。
因此,有必要提供一种新型的低压差稳压器以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压差稳压器,提高了负载瞬态响应速度。
为实现上述目的,本发明的所述低压差稳压器,包括低压差稳压电路和翻转电压跟随电路,所述低压差稳压电路包括误差放大器、第一MOS管和反馈电路,所述误差放大器与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述输出功率器件连接,所述输出功率器件与所述反馈电路连接,所述反馈电路与所述误差放大器连接。
本发明的有益效果在于:包括低压差稳压电路和翻转电压跟随电路,通过所述翻转电压跟随电路能够提高所述低压差稳压器的负载瞬态响应速度,并且能够提高所述低压差稳压器的带宽和稳定性。
优选地,所述第一MOS管包括第一NMOS管,所述反馈电路包括第一电阻和第二电阻,所述误差放大器的输出端与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述第一NMOS管的栅极连接,所述第一NMOS管的漏极接输入电压,所述第一NMOS管的源极与所述第一电阻的一端连接,所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端和所述误差放大器的反相输入端连接,所述第二电阻的另一端接地,所述误差放大器的正相输入端接参考电压。其有益效果在于:便于提高所述低压差稳压器的负载瞬态响应速度,提高所述低压差稳压器的带宽和稳定性。
优选地,所述第一MOS管包括第一PMOS管,所述反馈电路包括第一电阻和第二电阻,所述误差放大器的输出端与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述第一PMOS管的栅极连接,所述第一PMOS管的源极接输入电压,所述第一PMOS管的漏极与所述第一电阻的一端连接,所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端和所述误差放大器的正相输入端连接,所述第二电阻的另一端接地,所述误差放大器的负相输入端接参考电压。其有益效果在于:便于提高NMOS管的低压差稳压器的负载瞬态响应速度。
优选地,所述翻转电压跟随电路包括第二PMOS管、第三PMOS管和第一电流源,所述第三PMOS管的源极接输入电压,所述第三PMOS管的漏极与所述第二PMOS管的源极和所述第一MOS管的栅极连接,所述第三PMOS管的栅极与所述第二PMOS管漏极和所述第一电流源的一端连接,所述第一电流源的另一端接地,所述第二PMOS管的栅极与所述误差放大器的输出端连接。其有益效果在于:便于提高PMOS管的低压差稳压器的负载瞬态响应速度。
进一步优选地,所述翻转电压跟随电路还包括第四PMOS管和第二电流源,所述第二电流源的一端接输入电压,所述第二电流源的另一端与所述第三PMOS管的栅极和所述第四PMOS管的源极连接,所述第四PMOS管的栅极与所述第一电流源的一端和所述第二PMOS管的漏极连接,所述第四PMOS管的漏极接地。其有益效果在于:便于使所述翻转电压跟随器电路做电压的向上平移,进一步提高低压差稳压器的负载瞬态响应速度。
进一步优选地,所述低压差稳压器还包括超级电压跟随电路和第二MOS管,所述误差放大器与所述超级电压跟随电路连接,所述超级电压跟随电路与所述第二MOS管连接,所述第二MOS管与所述反馈电路和所述第一MOS管连接。其有益效果在于:便于抑制所述第一MOS管形成环路的过冲和欠冲,也便于抑制所述第二MOS管形成环路的过冲和欠冲。
进一步优选地,所述超级电压跟随电路包括第五PMOS管、第二NMOS管、第三电流源和第四电流源,所述第五PMOS管的栅极与所述误差放大器的输出端和所述第二PMOS管的栅极连接,所述第五PMOS管的源极、所述第二MOS管的栅极与所述第二NMOS的漏极和所述第三电流源的一端连接,所述第三电流源的另一端接输入电压,所述第五PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的栅极和所述第四电流源的一端连接,所述第四电流源的另一端接地,所述第二NMOS管的源极接地。其有益效果在于:能够更好的结合所述翻转电压跟随电路,抑制所述第一MOS管形成环路的过冲和欠冲,以及所述第二MOS管形成环路的过冲和欠冲。
进一步优选地,所述第一MOS管包括第一NMOS管,所述第二MOS管包括第三NMOS管,所述第六NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
进一步优选地,所述第一MOS管包括第一PMOS管,所述第二MOS管包括第六PMOS管,所述第六NMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极连接。
附图说明
图1为现有技术中低压差稳压器的电路框图;
图2为现有技术中提高负载瞬态响应速度的低压差稳压器的电路框图;
图3为本发明一些实施例中低压差稳压器的电路图;
图4为本发明一些优选实施例中低压差稳压器的电路图;
图5为本发明的又一些实施例中低压差稳压器的电路图;
图6为本发明的又一些优选实施例中低压差稳压器的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,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作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。除非另外定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题,本发明的实施例提供了一种低压差稳压器,包括低压差稳压电路和翻转电压跟随电路,所述低压差稳压电路包括误差放大器、第一MOS管和反馈电路,所述误差放大器与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述输出功率器件连接,所述输出功率器件与所述反馈电路连接,所述反馈电路与所述误差放大器连接。
本发明的一些实施例中,参照图3、图4、图5和图6,所述低压差稳压器10包括低压差稳压电路(图中未标示)和翻转电压跟随电路11,所述低压差稳压电路包括误差放大器12、第一MOS管13和反馈电路14,所述第一MOS管13为第一NMOS管,所述反馈电路14包括第一电阻141和第二电阻142,所述误差放大器12的输出端与所述翻转电压跟随电路11连接,所述翻转电压跟随电路11与所述第一NMOS管的栅极连接,所述第一NMOS管的漏极接输入电压,所述第一NMOS管的源极与所述第一电阻141的一端连接,所述第一电阻141的另一端与所述第二电阻142的一端和所述误差放大器12的反相输入端连接,所述第二电阻142的另一端接地,所述误差放大器12的正相输入端接参考电压。
本发明的一些实施例中,参照图3和图5,所述翻转电压跟随电路11包括第二PMOS管111、第三PMOS管112和第一电流源113,所述第三PMOS管112的源极接输入电压,所述第三PMOS管112的漏极与所述第二PMOS管111的源极和所述第一NMOS管的栅极连接,所述第三PMOS管112的栅极与所述第二PMOS管漏极和所述第一电流源113的一端连接,所述第一电流源113的另一端接地,所述第二PMOS管111的栅极与所述误差放大器12的输出端连接。其中,电容的一端与所述第一NMOS管的栅极和所述第三PMOS管112的漏极连接,所述电容的另一端接地,当对所述电容放电时,所述第一电流源113的最大电流设置比较小,从而使所述电容的放电速度较慢,意味着所述翻转电压跟随电路11对负载放电的瞬态响应比较慢,由此会导致低压差稳压器的欠冲比较大。相反地,当对所述电容充电时,负反馈电路则会控制所述第三PMOS管112的栅极,使得所述第三PMOS管112的漏电流大幅度增加,从而快速完成对所述电容的充电,意味着所述翻转电压跟随电路11对负载充电的瞬态响应比较快,使得所述低压差稳压器的过冲较小。
本发明的一些优选实施例中,参照图3和图4,图4和图3的区别点在于:所述翻转电压跟随电路11还包括第四PMOS管114和第二电流源115,所述第二电流源115的一端接输入电压,所述第二电流源115的另一端与所述第三PMOS管112的栅极和所述第四PMOS管114的源极连接,所述第四PMOS管114的栅极与所述第一电流源113的一端和所述第二PMOS管111的漏极连接,所述第四PMOS管114的漏极接地。其中,所述第三PMOS管112的栅极不直接与所述第二PMOS管111的漏极连接,而是通过所述第四PMOS管114和所述第二PMOS管111的漏极和所述第一电流源113连接,并结合所述第二电流源115形成所述翻转电压跟随电路11,使得电压向上平移。
本发明的一些更优选实施例中,参照图3和图5,图5和图3的区别点在于:所述低压差稳压器还包括超级电压跟随电路15和第二MOS管16,所述第二MOS管为第三NMOS管,所述误差放大器12与所述超级电压跟随电路15连接,所述超级电压跟随电路15与所述第三MMOS管的栅极连接,所述第三NMOS管的漏极接输入电压,所述第三NMOS管的源极与所述反馈电路14和所述第一NMOS管的源极连接。具体地,所述第三NMOS管的源极与所述第一电阻的一端和所述第一NMOS管的源极连接。
本发明的一些更优选实施例中,参照图4和图6,图6和图4的区别点在于:所述低压差稳压器还包括超级电压跟随电路15和第二MOS管16,所述第二MOS管为第三NMOS管,所述误差放大器12与所述超级电压跟随电路15连接,所述超级电压跟随电路15与所述第三MMOS管的栅极连接,所述第三NMOS管的漏极接输入电压,所述第三NMOS管的源极与所述反馈电路14和所述第一NMOS管的源极连接。具体地,所述第三NMOS管的源极与所述第一电阻的一端和所述第一NMOS管的源极连接。其中,所述第一NMOS管和所述第三NMOS管形成两条控制环路,并且分别插入了所述翻转电压跟随电路15和超级电压跟随电路15,从而能够对环路输出电压的过冲和欠冲起到很好的抑制作用。所述第二PMOS管111的栅源电压由其尺寸和所述第一电流源113决定,而所述第五PMOS管151的栅源电压由其尺寸和所述第四电流源154决定,从而可以保证所述第二PMOS管111和所述第五PMOS管151完全相同,并且所述误差放大器输出的直流电平是相同的,因此两条控制环路可以共享所述误差放大器12。
本发明的一些实施例中,参照图5和图6,所述超级电压跟随电路15包括第五PMOS管151、第二NMOS管152、第三电流源153和第四电流源154,所述第五PMOS管151的栅极与所述误差放大器12的输出端和所述第二PMOS管111的栅极连接,所述第五PMOS管151的源极、所述第三NMOS管的栅极与所述第二NMOS管152的漏极和所述第三电流源153的一端连接,所述第三电流源153的另一端接输入电压,所述第五PMOS管151的漏极与所述第二NMOS管152的栅极和所述第四电流源154的一端连接,所述第四电流源154的另一端接地,所述第二NMOS管152的源极接地。
本发明的又一些实施例中,图3、图4、图5和图6中,所述第一MOS管13为第一PMOS管,所述第一PMOS管的源极接输入电压,所述第一PMOS管的漏极与所述第一电阻141的一端连接,所述第一PMOS管的栅极与所述第三PMOS管112的漏极和所述第二PMOS管111的源极连接,所述误差放大器12的正相输入端与所述第一电阻141的另一端和所述第二电阻142的一端连接,所述误差放大器12的负相输入端接参考电压。所述第二MOS管16为第六PMOS管,所述第六PMOS管的源极接输入电压,所述第六PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的漏极和所述第一电阻141的一端连接,所述第六PMOS管的栅极与所述第三电流源153的一端和所述第五PMOS管151的源极连接。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式,但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是,能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是,应理解,这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且,在此说明的本发明可有其它的实施方式,并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (9)
1.一种低压差稳压器,其特征在于,包括低压差稳压电路和翻转电压跟随电路,所述低压差稳压电路包括误差放大器、第一MOS管和反馈电路,所述误差放大器与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述输出功率器件连接,所述输出功率器件与所述反馈电路连接,所述反馈电路与所述误差放大器连接。
2.根据权利要求1所述的低压差稳压器,其特征在于,所述第一MOS管包括第一NMOS管,所述反馈电路包括第一电阻和第二电阻,所述误差放大器的输出端与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述第一NMOS管的栅极连接,所述第一NMOS管的漏极接输入电压,所述第一NMOS管的源极与所述第一电阻的一端连接,所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端和所述误差放大器的反相输入端连接,所述第二电阻的另一端接地,所述误差放大器的正相输入端接参考电压。
3.根据权利要求1所述的低压差稳压器,其特征在于,所述第一MOS管包括第一PMOS管,所述反馈电路包括第一电阻和第二电阻,所述误差放大器的输出端与所述翻转电压跟随电路连接,所述翻转电压跟随电路与所述第一PMOS管的栅极连接,所述第一PMOS管的源极接输入电压,所述第一PMOS管的漏极与所述第一电阻的一端连接,所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端和所述误差放大器的正相输入端连接,所述第二电阻的另一端接地,所述误差放大器的负相输入端接参考电压。
4.根据权利要求1所述的低压差稳压器,其特征在于,所述翻转电压跟随电路包括第二PMOS管、第三PMOS管和第一电流源,所述第三PMOS管的源极接输入电压,所述第三PMOS管的漏极与所述第二PMOS管的源极和所述第一MOS管的栅极连接,所述第三PMOS管的栅极与所述第二PMOS管漏极和所述第一电流源的一端连接,所述第一电流源的另一端接地,所述第二PMOS管的栅极与所述误差放大器的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的低压差稳压器,其特征在于,所述翻转电压跟随电路还包括第四PMOS管和第二电流源,所述第二电流源的一端接输入电压,所述第二电流源的另一端与所述第三PMOS管的栅极和所述第四PMOS管的源极连接,所述第四PMOS管的栅极与所述第一电流源的一端和所述第二PMOS管的漏极连接,所述第四PMOS管的漏极接地。
6.根据权利要求4所述的低压差稳压器,其特征在于,还包括超级电压跟随电路和第二MOS管,所述误差放大器与所述超级电压跟随电路连接,所述超级电压跟随电路与所述第二MOS管连接,所述第二MOS管与所述反馈电路和所述第一MOS管连接。
7.根据权利要求6所述的低压差稳压器,其特征在于,所述超级电压跟随电路包括第五PMOS管、第二NMOS管、第三电流源和第四电流源,所述第五PMOS管的栅极与所述误差放大器的输出端和所述第二PMOS管的栅极连接,所述第五PMOS管的源极、所述第二MOS管的栅极与所述第二NMOS的漏极和所述第三电流源的一端连接,所述第三电流源的另一端接输入电压,所述第五PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的栅极和所述第四电流源的一端连接,所述第四电流源的另一端接地,所述第二NMOS管的源极接地。
8.根据权利要求7所述的低压差稳压器,其特征在于,所述第一MOS管包括第一NMOS管,所述第二MOS管包括第三NMOS管,所述第六NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
9.根据权利要求7所述的低压差稳压器,其特征在于,所述第一MOS管包括第一PMOS管,所述第二MOS管包括第六PMOS管,所述第六NMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极连接。
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Address after: 200434 Room 202, building 5, No. 500, Memorial Road, Hongkou District, Shanghai Applicant after: Shanghai Anlu Information Technology Co.,Ltd. Address before: Room 501-504, building 9, Pudong Software Park, 498 GuoShouJing Road, Pudong New Area, Shanghai, 201203 Applicant before: SHANGHAI ANLOGIC INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |