CN112327987A - 一种低压差线性稳压器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低压差线性稳压器及电子设备，本发明提供的低压差线性稳压器包括与第二电容电连接的控制单元，控制单元用于控制第二电容的第一极板和功率管的第二端的连通或断开；由此，在低压差线性稳压器处于待机状态时，控制单元控制第二电容的第一极板和功率管的第二端之间断开，使得功率管的第二端连接电容较小，进而保证功率管控制端处的主极点和功率管第二端处的次极点分离，使得低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性高，提高了低压差线性稳压器的性能。

Description

一种低压差线性稳压器及电子设备
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，更为具体地说，涉及一种低压差线性稳压器及电子设备。
背景技术
低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)是电源管理领域中的一类重要电路，具有输出噪声小、成本低、结构简单、低功耗等优点，广泛应用于电子系统中。随着很多便携式电子系统对电源要求的不断提高，高性能LDO的研究成了电源管理领域的研究热点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低压差线性稳压器及电子设备，有效解决现有技术存在的技术问题，本发明提供的低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性高，提高了低压差线性稳压器的性能。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种低压差线性稳压器，包括：运算放大器、功率管、补偿电容、电阻反馈单元、控制单元、第一电容和第二电容；
所述运算放大器的反相端接入基准电压，所述运算放大器的同相端与所述电阻反馈单元的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与所述补偿电容的第一极板和所述功率管的控制端电连接；
所述功率管的第一端接入电源电压，所述功率管的第二端与所述电阻反馈单元的输入端、所述补偿电容的第二极板、所述第一电容的第一极板和所述控制单元电连接，所述第一电容的第二极板与接地端电连接；
所述控制单元与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二电容的第二极板与接地端电连接，所述控制单元用于控制所述第二电容的第一极板与所述功率管的第二端的连通或断开。
可选的，所述第二电容的电容量大于所述第一电容的电容量。
可选的，所述控制单元包括至少一个主开关管和主控制模块，所述主开关管的栅极与所述主控制模块电连接，所述主开关管的第一端与所述功率管的第二端电连接，所述主开关管的第二端与所述第二电容的第一极板电连接。
可选的，所述控制单元包括多个所述主开关管，分别为第一主开关管至第N主开关管，所述第一主开关管的宽长比小于其余所述主开关管的宽长比，N为等于或大于2的整数；
所述主控制模块用于逐一控制所述第一主开关管至第N主开关管导通。
可选的，第i+1主开关管的宽长比大于第i主开关管的宽长比，i为等于或大于1且小于或等于N-1的整数。
可选的，所述控制单元还包括至少一个辅助开关管、至少一个电流源和辅助控制模块，所述辅助开关管和所述电流源一一对应，所述辅助开关管的栅极与所述辅助控制模块电连接，所述辅助开关管的第一端与所述功率管的第二端电连接，所述辅助开关管的第二端与所述电流源的一端电连接，且所述电流源的另一端连接接地端；
其中所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制所述主开关管导通时，控制至少一个所述辅助开关管导通。
可选的，所述辅助开关管的数量与所述主开关管的数量相同，且所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制所述主开关管导通时，控制相同数量的辅助开关管导通。
可选的，在所述控制单元包括多个所述主开关管，分别为所述第一主开关管至所述第N主开关管时，所述控制单元还包括多个所述辅助开关管为第一辅助开关管至第N辅助开关管；
所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制第j主开关管导通时，控制第j辅助开关管导通，j为等于或大于1且小于或等于N的整数。
可选的，与所述第一辅助开关管电连接的电流源的电流，小于其余所述电流源的电流。
可选的，与所述第N辅助开关管电连接的电流源的电流，大于其余所述电流源的电流。
相应的，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的低压差线性稳压器。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种低压差线性稳压器及电子设备，包括：运算放大器、功率管、补偿电容、电阻反馈单元、控制单元、第一电容和第二电容；所述运算放大器的反相端接入基准电压，所述运算放大器的同相端与所述电阻反馈单元的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与所述补偿电容的第一极板和所述功率管的控制端电连接；所述功率管的第一端接入电源电压，所述功率管的第二端与所述电阻反馈单元的输入端、所述补偿电容的第二极板、所述第一电容的第一极板和所述控制单元电连接，所述第一电容的第二极板与接地端电连接；所述控制单元与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二电容的第二极板与接地端电连接，所述控制单元用于控制所述第二电容的第一极板与所述功率管的第二端的连通或断开。
由上述内容可知，本发明提供的低压差线性稳压器包括与第二电容电连接的控制单元，控制单元用于控制第二电容的第一极板和功率管的第二端的连通或断开；由此，在低压差线性稳压器处于待机状态时，控制单元控制第二电容的第一极板和功率管的第二端之间断开，使得功率管的第二端连接电容较小，进而保证功率管控制端处的主极点和功率管第二端处的次极点分离，使得低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性高，提高了低压差线性稳压器的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种低压差线性稳压器的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的另一种低压差线性稳压器的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的又一种低压差线性稳压器的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的又一种低压差线性稳压器的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的又一种低压差线性稳压器的结构示意图。
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。
正如背景技术所述，低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)是电源管理领域中的一类重要电路，具有输出噪声小、成本低、结构简单、低功耗等优点，广泛应用于电子系统中。随着很多便携式电子系统对电源要求的不断提高，高性能LDO的研究成了电源管理领域的研究热点。
基于此，本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器及电子设备，有效解决现有技术存在的技术问题，本发明实施例提供的低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性高，提高了低压差线性稳压器的性能。
为实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图5对本发明实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本发明实施例所提供的一种低压差线性稳压器的结构示意图，其中，低压差线性稳压器包括：
运算放大器100、功率管200、补偿电容Cc、电阻反馈单元300、控制单元400、第一电容C1和第二电容C2。
所述运算放大器100的反相端接入基准电压VBG，所述运算放大器100的同相端与所述电阻反馈单元300的输出端电连接，所述运算放大器100的输出端与所述补偿电容Cc的第一极板和所述功率管200的控制端例如栅极电连接。
所述功率管200的第一端接入电源电压VDD，所述功率管200的第二端与所述电阻反馈单元300的输入端、所述补偿电容Cc的第二极板、所述第一电容C1的第一极板和所述控制单元400电连接，所述第一电容C1的第二极板与接地端GND电连接。
所述控制单元400与所述第二电容C2的第一极板电连接，所述第二电容C2的第二极板与接地端GND电连接，所述控制单元400用于控制所述第二电容C2的第一极板与功率管200的第二端的连通或断开。
可选的，本发明实施例提供的电阻反馈单元300包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2组成分压电路。其中第一电阻R1的第一端与功率管200的第二端(即低压差线性稳压器的输出端)相连，且第二电阻R2的第二端与接地端GND相连，及第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端与运算放大器100的同相端相连。
本发明实施例所提供的电阻反馈单元用于采集功率管输出的电压，进而将功率管输出的电压传输至运算放大器，运算放大器根据电阻反馈单元输出的电压与基准电压对功率管进行控制。其中本发明实施例提供的补偿电容用于进行MILLER补偿，进一步提高环路的稳定性。
可以理解的，本发明实施例提供的低压差线性稳压器，包括与第二电容电连接的控制单元，控制单元用于控制第二电容的第一极板和功率管的第二端的连通或断开；由此，在低压差线性稳压器处于待机状态时，控制单元控制第二电容的第一极板和功率管的第二端之间断开，使得功率管的第二端连接电容较小即仅仅连接有第一电容，进而保证功率管控制端处的主极点和功率管第二端处的次极点分离，使得低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性高，提高了低压差线性稳压器的性能。
在本发明一实施例中，本发明所提供的所述第二电容的电容量大于所述第一电容的电容量，进而能够在低压差线性稳压器处于待机状态时，保证功率管的第二端连接的电容更小，进一步提高低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性。
如图2所示，为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压器的结构示意图，其中，本发明实施例提供的所述控制单元400包括至少一个主开关管MP和主控制模块410，所述主开关管MP的栅极与所述主控制模块410电连接，所述主开关管MP的第一端与功率管200的第二端电连接，所述主开关管MP的第二端与所述第二电容C2的第一极板电连接。
可以理解的，本发明实施例提供的控制单元为了实现控制功率管的第二端和第二电容的第一极板之间的连通或断开，可以将控制单元设置包括有至少一个主开关管和主控制模块的方式，其中通过主控制模块为主开关管提供开启或关断信号，而控制主开关管导通或关断，达到控制功率管的第二端和第二电容的第一极板之间连通或断开的目的。
本发明实施例提供的控制单元包括多个主开关管时，且在低压差线性稳压器处于工作状态时，主控制模块可以控制多个主开关管每隔一定时间依次导通，进而避免由于第二电容的接入而瞬间从功率管的第二端接入电容中抽取较多电荷，而导致功率管的第二端处电压产生较大压降的情况出现。如图3所示，为本发明实施例提供的又一种低压差线性稳压器的结构示意图，其中，所述控制单元400包括多个所述主开关管为第一主开关管MP1至第N主开关管MPn，所述第一主开关管MP1的宽长比小于其余所述主开关管的宽长比，N为等于或大于2的整数。所述主控制模块410用于在所述控制单元400控制所述第二电容C2的第一极板与所述功率管200的第二端的连通时，逐一控制所述第一主开关管MP1至第N主开关管MPn导通。
需要说明的是，本发明实施例提供的主控制模块控制前一主开关管导通后，间隔预定时间控制下一主开关管导通，其中本发明对于预定时间的具体数值不做限制，其需要根据实际应用进行具体计算分析。
可以理解的，本发明实施例提供的低压差线性稳压器处于工作状态时，主控制模块逐一控制第一主开关管至第N主开关管导通，且第一主开关管的宽长比小于其余主开关管的宽长比；首先控制第一主开关管导通时，由于第一主开关管的宽长比较小而导通电阻较大，进而能够限制该路径功率管的第二端接入电容的电荷抽取速度，避免功率管的第二端出现较大压降；而后依次控制宽长比较小的第二主开关管至第N主开关导通，完成第二电容的第一极板和功率管的第二端连通的整个过程，进而能够通过依次控制第一主开关管至第N主开关管导通，减小功率管的第二端处电压波动情况。以及，本发明实施例提供的低压差线性稳压器处于待机状态或工作状态时，主控制模块可以控制所有主开关管同时关断，对此本发明不做具体限制。
进一步的，本发明实施例提供的第i+1主开关管的宽长比大于第i主开关管的宽长比，i为等于或大于1且小于或等于N-1的整数，由此能够依次减小多个并联主开关管的总导通电阻，保证第二电容连通过程中功率管的第二端的压降波动较小。
如图4所示，为本发明实施例提供的又一种低压差线性稳压器的结构示意图，其中，本发明实施例提供的所述控制单元400还包括至少一个辅助开关管MN、至少一个电流源In和辅助控制模块420，所述辅助开关管MN和所述电流源In一一对应，所述辅助开关管MN的栅极与所述辅助控制模块420电连接，所述辅助开关管MN的第一端与所述功率管200的第二端电连接，所述辅助开关管MN的第二端与所述电流源In的一端电连接，电流源In的另一端连接接地端GND；其中所述辅助控制模块420用于在所述主控制模块410控制所述主开关管MP导通时，控制至少一个辅助开关管MN导通。在具体实现时，主控制模块410和辅助控制模块420可以是同一个模块。
可以理解的，本发明实施例提供的控制单元还包括有辅助开关管、电流源和辅助控制模块，在低压差线性稳压器处于工作状态时，及在主控制模块控制住开关管导通的同时，辅助控制模块控制辅助开关管导通，以将电流源与功率管的第二端连通，其中电流源相当于固定负载，通过将电流源接入功率管的第二端的方式，能够保证功率管控制端处的主极点和功率管第二端处的次极点分离，进一步提高低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性，提高了低压差线性稳压器的性能。以及，本发明实施例提供的低压差线性稳压器处于待机状态或工作状态时，辅助控制模块可以控制所有辅助开关管同时关断，对此本发明不做具体限制。
本发明实施例提供的所述辅助开关管的数量与所述主开关管的数量相同，且所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制所述主开关管导通时，控制相同数量的辅助开关管导通。具体如图5所示低压差线性稳压器，其中图5为图3所示结构基础上增加辅助开关管、电流源和辅助控制模块的结构示意图，本发明实施例提供的在所述控制单元400包括多个所述主开关管，分别为所述第一主开关管MP1至所述第N主开关管MPn时，所述控制单元400还包括多个所述辅助开关管，分别为第一辅助开关管MN1至第N辅助开关管MNn；所述辅助控制模块420用于在所述主控制控制模块410控制第j主开关管导通时，控制第j辅助开关管导通，j为等于或大于1且小于或等于N的整数。
可以理解的，本发明实施例提供的低压差线性稳压器处于工作状态时，且在主控制模块控制第j主开关管导通时，辅助控制模块同时控制第j辅助开关管导通，以将第j辅助开关管电连接的电流源与第一电容的第一极板连通，进而在控制一主开关管导通同时，控制一辅助开关管导通，保证功率管接入第二电容的程度与电流源接入数量同步进行，进一步避免出现功率管的第二端的电压波动较大的情况，同时保证功率管控制端处的主极点和功率管第二端处的次极点分离，进一步提高低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性，提高了低压差线性稳压器的性能。
在本发明一实施例中，本发明所提供的与所述第一辅助开关管电连接的电流源的电流，小于其余所述电流源的电流，进而能够限制与第一辅助开关管电连接的电流源自功率管的第二端接入电容中抽取电荷的速度，保证环路稳定性高。以及，本发明所提供的与所述第N辅助开关管电连接的电流源的电流，大于其余所述电流源的电流，进而通过不同辅助开关管连接电流源的电流不同设计，保证所有电流源的总电流符合预期，保证环路稳定性高。
需要说明的是，本发明实施例所提供的功率管可以为P型晶体管，主开关管可以为P型晶体管，而辅助开关管可以为N型晶体管，对此本发明不做具体限制。
在本发明一实施例中，本发明所提供的运算放大器可以为OTA(operationaltransconductance amplifier，跨导放大器)，对此本发明不做具体限制。
相应的，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述任意一实施例所提供的低压差线性稳压器。
在本发明一实施例中，本发明所提供的电子设备可以为光学防抖镜头等，对此电子设备类型本发明不做具体限制。
本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器及电子设备，包括：运算放大器、功率管、补偿电容、电阻反馈单元、控制单元、第一电容和第二电容；所述运算放大器的反相端接入基准电压，所述运算放大器的同相端与所述电阻反馈单元的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与所述补偿电容的第一极板和所述功率管的控制端电连接；所述功率管的第一端接入电源电压，所述功率管的第二端与所述电阻反馈单元的输入端、所述补偿电容的第二极板、所述第一电容的第一极板和所述控制单元电连接，所述第一电容的第二极板与接地端电连接；所述控制单元与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二电容的第二极板与接地端电连接，所述控制单元用于控制所述第二电容的第一极板与所述功率管的第二端的连通或断开。
由上述内容可知，本发明实施例提供的低压差线性稳压器包括与第二电容电连接的控制单元，控制单元用于控制第二电容的第一极板和第一电容的第一极板的连通或断开；由此，在低压差线性稳压器处于待机状态时，控制单元控制第二电容的第一极板和功率管的第二端之间断开，使得功率管的第二端连接电容较小即仅仅连接有第一电容，进而保证功率管控制端处的主极点和功率管第二端处的次极点分离，使得低压差线性稳压器在待机状态时环路稳定性高，提高了低压差线性稳压器的性能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：运算放大器、功率管、补偿电容、电阻反馈单元、控制单元、第一电容和第二电容；
所述运算放大器的反相端接入基准电压，所述运算放大器的同相端与所述电阻反馈单元的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与所述补偿电容的第一极板和所述功率管的控制端电连接；
所述功率管的第一端接入电源电压，所述功率管的第二端与所述电阻反馈单元的输入端、所述补偿电容的第二极板、所述第一电容的第一极板和所述控制单元电连接，所述第一电容的第二极板与接地端电连接；
所述控制单元与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二电容的第二极板与接地端电连接，所述控制单元用于控制所述第二电容的第一极板与所述功率管的第二端的连通或断开。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述第二电容的电容量大于所述第一电容的电容量。
3.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述控制单元包括至少一个主开关管和主控制模块，所述主开关管的栅极与所述主控制模块电连接，所述主开关管的第一端与所述功率管的第二端电连接，所述主开关管的第二端与所述第二电容的第一极板电连接。
4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述控制单元包括多个所述主开关管，分别为第一主开关管至第N主开关管，所述第一主开关管的宽长比小于其余所述主开关管的宽长比，N为等于或大于2的整数；
所述主控制模块用于逐一控制所述第一主开关管至第N主开关管导通。
5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，第i+1主开关管的宽长比大于第i主开关管的宽长比，i为等于或大于1且小于或等于N-1的整数。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述控制单元还包括至少一个辅助开关管、至少一个电流源和辅助控制模块，所述辅助开关管和所述电流源一一对应，所述辅助开关管的栅极与所述辅助控制模块电连接，所述辅助开关管的第一端与所述功率管的第二端电连接，所述辅助开关管的第二端与所述电流源的一端电连接，且所述电流源的另一端连接接地端；
其中所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制所述主开关管导通时，控制至少一个所述辅助开关管导通。
7.根据权利要求6所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述辅助开关管的数量与所述主开关管的数量相同，且所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制所述主开关管导通时，控制相同数量的辅助开关管导通。
8.根据权利要求7所述的低压差线性稳压器，其特征在于，在所述控制单元包括多个所述主开关管，分别为所述第一主开关管至所述第N主开关管时，所述控制单元还包括多个所述辅助开关管为第一辅助开关管至第N辅助开关管；
所述辅助控制模块用于在所述主控制模块控制第j主开关管导通时，控制第j辅助开关管导通，j为等于或大于1且小于或等于N的整数。
9.根据权利要求8所述的低压差线性稳压器，其特征在于，与所述第一辅助开关管电连接的电流源的电流，小于其余所述电流源的电流。
10.根据权利要求9所述的低压差线性稳压器，其特征在于，与所述第N辅助开关管电连接的电流源的电流，大于其余所述电流源的电流。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-10任意一项所述的低压差线性稳压器。
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