CN112558677B - 基于反流保护的低压差线性稳压器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于反流保护的低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括：LDO单元，包括误差放大器AMP、MOS管MP及分压电阻R1和R2；反流保护单元，串联设置于MOS管MP与输出电压VOUT之间，用于防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌；掉电检测单元，与电源电压VIN和反流保护单元相连，用于检测LDO单元因电源电压VIN掉电产生的倒灌，当未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元控制反流保护单元导通，当检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元控制反流保护单元关闭。本发明的低压差线性稳压器通过掉电检测单元检测电源电压的掉电，从而控制反流保护单元的导通和关闭，防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌，有效实现了反流保护。
Description
技术领域
本发明属于低压差线性稳压器技术领域，具体涉及一种基于反流保护的低压差线性稳压器。
背景技术
低压差线性稳压器(Low Dropout regulator，LDO)具有输出噪声小、电路结构简单、占用芯片面积小和电压纹波小等优点，已成为电源管理芯片中的一类重要电路。低压差线性稳压器能够为模拟电路和射频电路等噪声敏感电路提供低输出纹波的电源，而且由于结构相对简单，外围元器件少，因而被广泛应用于片上系统芯片中。
参图1所示，现有技术中的LDO主要包括误差放大器AMP、MOS管MP、分压电阻R1和R2、及负载(负载电流为IL，输出电容为CL)。LDO基本原理为：误差放大器AMP用于放大反馈电压Vfb与基准电压Vref之间的差值，MOS管MP的栅源电压Vgs增大或减小电流以控制输出电压，实现输出电压的稳定，最终Vref和Vfb误差放大经过误差放大器EA构成负反馈使得输出电压稳定在Vout＝Vref×(R1+R2)/R2。
现有技术中LDO具有反向电流，具体是指：在电源电压VIN快速掉电时，由于LDO的输出有大电容CL(几μF～几十μF)，导致输出电压VOUT不能很快掉到0，参图2所示，电源电压VIN在10.0ms左右由12V快速掉电至0V，10.005ms时输出电压VOUT大概在3.48V左右。而由于MOS管MP的体二极管D0的导通对电源电压VIN的倒灌，这种反向电流倒灌如果过大，尤其在高压电路中(如VIN＝24V)，就会产生较大的功率(P＝U*I)，会存在烧坏MOS管MP或者供电电源的情况。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于反流保护的低压差线性稳压器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于反流保护的低压差线性稳压器，以防止输出电压对电源电压的倒灌，实现反流保护。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于反流保护的低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括：
LDO单元，包括误差放大器AMP、MOS管MP及分压电阻R1和R2，LDO单元中负载电流为IL，电源电压为VIN，输出电压为VOUT，输出电容为CL；
反流保护单元，串联设置于MOS管MP与输出电压VOUT之间，用于防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌；
掉电检测单元，与电源电压VIN和反流保护单元相连，用于检测LDO单元因电源电压VIN掉电产生的倒灌，当未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元控制反流保护单元导通，当检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元控制反流保护单元关闭。
一实施例中，所述LDO单元中的MOS管MP为PMOS管，MOS管MP的栅极与误差放大器AMP的输出端相连，源极与电源电压VIN相连，漏极与反流保护单元相连。
一实施例中，所述反流保护单元为MOS管MNR，MOS管MNR为NMOS管。
一实施例中，所述MOS管MNR的栅极与掉电检测单元相连，源极与输出电压VOUT相连，漏极与MOS管MP的漏极相连。
一实施例中，所述反流保护单元包括：
第一状态，当掉电检测单元未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，MOS管MNR的栅极电压为电源电压VIN，MOS管MNR导通；
第二状态，当掉电检测单元检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，MOS管MNR的栅极电压从电源电压VIN被拉低，MOS管MNR关闭。
一实施例中，所述掉电检测单元为RC掉电检测单元，其包括检测电阻R0和检测电容C0。
一实施例中，所述检测电阻R0的第一端与电源电压VIN相连，第二端与检测电容C0的第一端相连，检测电容C0的第二端与基准电压相连，检测电阻R0的第二端和检测电容C0的第一端与MOS管MNR的栅极相连。
一实施例中，所述检测电容C0的第二端接GND。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的低压差线性稳压器通过掉电检测单元检测电源电压的掉电，从而控制反流保护单元的导通和关闭，防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌，有效实现了反流保护。
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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中低压差线性稳压器的电路图；
图2为现有技术中LDO快速掉电时的电源电压VIN/输出电压VOUT-时间曲线图；
图3为本发明一具体实施例中低压差线性稳压器的电路图；
图4为现有技术中LDO的倒灌电流(IOUT)-时间曲线图；
图5为本实施例中LDO的倒灌电流(IOUT)-时间曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种基于反流保护的低压差线性稳压器，包括：
LDO单元，包括误差放大器AMP、MOS管MP及分压电阻R1和R2，LDO单元中负载电流为IL，电源电压为VIN，输出电压为VOUT，输出电容为CL；
反流保护单元，串联设置于MOS管MP与输出电压VOUT之间，用于防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌；
掉电检测单元，与电源电压VIN和反流保护单元相连，用于检测LDO单元因电源电压VIN掉电产生的倒灌，当未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元控制反流保护单元导通，当检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元控制反流保护单元关闭。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图3所示，本发明一具体实施例中基于反流保护的低压差线性稳压器具体包括：
LDO单元10，包括误差放大器AMP、MOS管MP及分压电阻R1和R2，LDO单元中负载电流为IL，电源电压为VIN，输出电压为VOUT，输出电容为CL；
反流保护单元20，串联设置于MOS管MP与输出电压VOUT之间，用于防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌；
掉电检测单元30，与电源电压VIN和反流保护单元20相连，用于检测LDO单元因电源电压VIN掉电产生的倒灌，当未检测到LDO单元10的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元30控制反流保护单元20导通，当检测到LDO单元10的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元30控制反流保护单元20关闭。
本实施例的LDO单元10中，误差放大器AMP、MOS管MP、分压电阻R1和R2等构成基本的LDO电路，MOS管MP为PMOS管，MOS管MP的栅极与误差放大器AMP的输出端相连，源极与电源电压VIN相连，漏极与反流保护单元相连。LDO的工作原理此处不再进行赘述。
本实施例中的反流保护单元20为MOS管MNR，MOS管MNR为NMOS管，掉电检测单元30为RC掉电检测单元，其包括检测电阻R0和检测电容C0。
具体地，MOS管MNR与MOS管MP串联设置，MOS管MNR的栅极与掉电检测单元30相连，源极与输出电压VOUT相连，漏极与MOS管MP的漏极相连。
检测电阻R0的第一端与电源电压VIN相连，第二端与检测电容C0的第一端相连，检测电容C0的第二端与基准电压(本实施例中为GND)相连，检测电阻R0的第二端和检测电容C0的第一端与MOS管MNR的栅极相连。
本实施例中的低压差线性稳压器工作原理如下：
正常工作时，由检测电阻R0和检测电容C0组成的RC掉电检测单元未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电，MOS管MNR的栅极电压为电源电压VIN，MOS管MNR导通；
发生倒灌时，由检测电阻R0和检测电容C0组成的RC掉电检测单元检测到LDO单元的电源电压VIN掉电，MOS管MNR的栅极电压从电源电压VIN被迅速拉低，MOS管MNR瞬间关闭，从而防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌，实现反流保护。
参图4、图5所示分别为现有技术和本实施例中LDO的倒灌电流(IOUT)-时间曲线图，在正常的LDO中，倒灌电流(IOUT)能达到1.84A左右，而本实施例中通过反流保护单元和掉电检测单元的设置，倒灌电流(IOUT)最高仅有200μA左右，可见，本实施例中的LDO可以有效防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌，实现反流保护。
上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明的低压差线性稳压器通过掉电检测单元检测电源电压的掉电，从而控制反流保护单元的导通和关闭，防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌，有效实现了反流保护。
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例加以描述，但并非每个实施例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 (8)
1.一种基于反流保护的低压差线性稳压器，其负载电流为IL，电源电压为VIN，输出电压为VOUT，输出电容为CL，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括：
LDO单元，包括误差放大器AMP、MOS管MP及分压电阻R1和R2，LDO单元中负载电流为IL，电源电压为VIN，输出电压为VOUT，输出电容为CL；
反流保护单元，串联设置于MOS管MP与输出电压VOUT之间，包括MOS管MNR，用于防止输出电压VOUT对电源电压VIN的倒灌；
掉电检测单元，与电源电压VIN和反流保护单元相连，用于检测LDO单元因电源电压VIN掉电产生的倒灌，并向反流保护单元的MOS管MNR的栅极传送控制信号，当未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元向反流保护单元的MOS管MNR的栅极传送与电源电压VIN相关联的控制信号，以控制反流保护单元导通，当检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，掉电检测单元向反流保护单元的MOS管MNR的栅极传送与电源电压VIN相关联的控制信号，以控制反流保护单元的MOS管MNR关闭。
2.根据权利要求1所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述LDO单元中的MOS管MP为PMOS管，MOS管MP的栅极与误差放大器AMP的输出端相连，源极与电源电压VIN相连，漏极与反流保护单元相连。
3.根据权利要求2所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述MOS管MNR为NMOS管。
4.根据权利要求3所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述MOS管MNR的栅极与掉电检测单元相连，源极与输出电压VOUT相连，漏极与MOS管MP的漏极相连。
5.根据权利要求4所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述反流保护单元包括：
第一状态，当掉电检测单元未检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，MOS管MNR的栅极电压为电源电压VIN，MOS管MNR导通；
第二状态，当掉电检测单元检测到LDO单元的电源电压VIN掉电时，MOS管MNR的栅极电压从电源电压VIN被拉低，MOS管MNR关闭。
6.根据权利要求4所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述掉电检测单元为RC掉电检测单元，其包括检测电阻R0和检测电容C0。
7.根据权利要求6所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述检测电阻R0的第一端与电源电压VIN相连，第二端与检测电容C0的第一端相连，检测电容C0的第二端与基准电压相连，检测电阻R0的第二端和检测电容C0的第一端与MOS管MNR的栅极相连。
8.根据权利要求7所述的基于反流保护的低压差线性稳压器，其特征在于，所述检测电容C0的第二端接GND。
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