CN112711291B - 一种ldo防倒灌电流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型的LDO防倒灌电流电路，包括误差放大器EA、调整管MP、反馈电阻网络RA和RB、衬底电位选择电路BULK SEL以及负载电容CL和负载电阻RL；BULK SEL比较输入电压VIN与输出电压VOUT的大小，并输出两者中最大的电位作为衬底VPBULK的电位，当输出端电压高于输入电压时，能使得衬底寄生的二极管两端电位相等，从而消除正偏，避免了电流的倒灌以及调整管MP的损坏。

Description

一种LDO防倒灌电流电路
技术领域
本发明涉及电路设计领域，具体涉及一种新型的LDO防倒灌电流电路。
背景技术
LDO是一种直流降压型的线性稳压器，其在输入电压或者负载电流发生变化的情况下仍然可以保持稳定的输出电压。传统的LDO结构如图1所示，其工作原理为：VOUT＝(R1+R2)/R2*VREF，当负载发生变化时，比如负载电流变大，VOUT降低，则VFB降低，通过误差放大器EA，使得VEA降低，从而调节调整管MPASS，使得电流增大，VOUT电压调高，通过这一条负反馈环路，最终使得VOUT电压得到恢复。
通用的LDO线性稳压器在给输出负载提供电压的时候，调整管的VIN电源电压总是高于它的输出电压VOUT。因此，调整管的漏极与衬底之间寄生的二极管始终处于反偏状态，不会发生漏电情况。但是随着便携式电子设备、工业电子产品等应用的场景需求，会遇到在多电源电压域切换时，其中一个LDO的VIN输入电压低于它的输出电压，或者输入VIN短接至地、悬空等情况。这时，将会对寄生的二极管引起正向偏置，产生倒灌电流，造成电路性能不良影响，同时可能造成调整管的损坏。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种新型的LDO防倒灌电流电路。
一种新型的LDO防倒灌电流电路，包括误差放大器EA、调整管MP、反馈电阻网络RA和RB、衬底电位选择电路BULK SEL以及负载电容CL和负载电阻RL；输入电压VIN与功率管MP的源极连接，功率管MP的漏极为输出电压VOUT；VOUT经反馈电阻网络RA和RB分压后得到的负反馈电压FB连接至误差放大器EA的反相输入端，误差放大器EA的同相输入端连接参考电压VREF；误差放大器EA的输出端与功率管MP的栅极连接，衬底电位选择电路BULK SEL与功率管MP的衬底连接，BULK SEL比较VIN与VOUT的大小，并输出两者中最大的电位作为衬底VPBULK的电位；误差放大器EA的电源电压为VPBULK；
衬底电位选择电路BULK SEL包括电压比较器、波形整形电路以及电平选择电路；电压比较器对输入的VIN和VOUT进行比较，经波形整形电路整形后，再由电平选择电路选择两者中的最大电位作为VPBULK输出。
优选的，所述电压比较器包括M1-M10、R1-R3，波形整形电路包括M11-M17，电平选择电路包括M18、M19和R4、R5；其中M3、M4、M5、M6、M10、M14、M15、M17、M19为NMOS管，M1、M2、M7、M8、M9、M11、M12、M13、M16、M18为PMOS管，R1-R5为电阻；M3、M4的衬底以及M5、M6、M10、M14、M15、M17、M19的源极和衬底均接地；M9、M11、M12、M13、M16的源极和衬底接输出VPBULK；电阻R1的一端接VIN，另一端接M1的源极和衬底；电阻R2的一端接VOUT，另一端接M2、M7的源极和衬底；M1、M2、M7的栅极相连并接到M1的漏极，M1的漏极再与M3的漏极相接；M2的漏极与M4、M8的漏极以及M9、M10的栅极相连；M3与M4的栅极相接到BIAS1，M5与M6的栅极相接到BIAS2，BIAS1和BIAS2为外部供给的偏置；M3的源极与M5的漏极相接，M4的源极与M6的漏极相接；M7的漏极与M8的源极、衬底相接，M8的栅极与M11和M14的栅极、M10的漏极以及电阻R3相接，电阻R3的另一端与M9的漏极相接；M11的漏极与M12和M14的漏极、M13和M15的栅极相接；M12的栅极与M13和M15的漏极以及M16、M17和M19栅极相接；M16的漏极与M17的漏极、M18的栅极相接；电阻R4的一端接VIN，另一端与M18的漏极相连；电阻R5的一端接VOUT，另一端与M19的漏极连接；M18、M19的源极和衬底相接并与输出VPBULK相连。
本发明的有益效果是：通过衬底电位选择电路BULK SEL选择输入电压VIN与输出电压VOUT两者中的最大值作为调整管MP的衬底电压，当输出端电压高于输入电压时，能使得衬底寄生的二极管两端电位相等，从而消除正偏，有效避免了电流的倒灌以及调整管MP的损坏。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为传统LDO的电路结构图；
图2为本发明实施例的整体电路结构图；
图3为本发明实施例中BULK SEL的电路结构图。
具体实施方式
下面将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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种新型的LDO防倒灌电流电路，其整体结构如图2所示，主要包括误差放大器EA、调整管MP、反馈电阻网络RA和RB、衬底电位选择电路BULK SEL以及负载电容CL和负载电阻RL。输入电压VIN与功率管MP的源极连接，功率管MP的漏极为输出电压VOUT。VOUT经反馈电阻网络RA和RB分压后得到的负反馈电压FB连接至误差放大器EA的反相输入端，误差放大器EA的同相输入端连接参考电压VREF，误差放大器EA的输出端与功率管MP的栅极连接。FB与VREF相等，当负载CL或RL发生变化时，可通过FB、EA的负反馈环路来调节调整管MP的栅极电压，从而稳定输出电压值。
衬底电位选择电路BULK SEL与功率管MP的衬底连接，BULK SEL能比较VIN与VOUT的大小，并输出两者中最大的电位作为衬底VPBULK的电位(误差放大器EA的电源电压为VPBULK)。当VIN为电路中的最高电位时，功率管MP的漏极与衬底之间寄生的二极管始终处于反偏，不会发生漏电。当VOUT的电位高于VIN时，BULK SEL能快速切换到VOUT上作为衬底VPBULK的电位，从而消除VOUT与衬底寄生的二极管之间的正偏，同时VIN与衬底寄生的二极管处于反偏状态不会产生漏电等影响。
衬底电位选择电路BULK SEL的结构如图3所示，包括电压比较器、波形整形电路以及电平选择电路。电压比较器包括M1-M10、R1-R3，波形整形电路包括M11-M17，电平选择电路包括M18、M19和R4、R5；其中M3、M4、M5、M6、M10、M14、M15、M17、M19为NMOS管，M1、M2、M7、M8、M9、M11、M12、M13、M16、M18为PMOS管，R1-R5为电阻。由电压比较器对输入的VIN和VOUT进行比较，经波形整形电路整形后，再由电平选择电路选择两者中的最大电位作为VPBULK输出。
M3、M4的衬底以及M5、M6、M10、M14、M15、M17、M19的源极和衬底均接地。M9、M11、M12、M13、M16的源极和衬底接输出VPBULK。电阻R1的一端接VIN，另一端接M1的源极和衬底；电阻R2的一端接VOUT，另一端接M2、M7的源极和衬底。M1、M2、M7的栅极相连并接到M1的漏极，M1的漏极再与M3的漏极相接。M2的漏极与M4、M8的漏极以及M9、M10的栅极相连。M3与M4的栅极相接到BIAS1，M5与M6的栅极相接到BIAS2，BIAS1和BIAS2为外部供给的偏置。M3的源极与M5的漏极相接，M4的源极与M6的漏极相接。M7的漏极与M8的源极、衬底相接，M8的栅极与M11和M14的栅极、M10的漏极以及电阻R3相接，电阻R3的另一端与M9的漏极相接。M11的漏极与M12和M14的漏极、M13和M15的栅极相接；M12的栅极与M13和M15的漏极以及M16、M17和M19栅极相接；M16的漏极与M17的漏极、M18的栅极相接。电阻R4的一端接VIN，另一端与M18的漏极相连；电阻R5的一端接VOUT，另一端与M19的漏极连接。M18、M19的源极和衬底相接并与输出VPBULK相连。
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。

Claims (1)

1.一种LDO防倒灌电流电路，其特征在于：包括误差放大器EA、调整管MP、反馈电阻网络RA和RB、衬底电位选择电路BULK SEL以及负载电容CL和负载电阻RL；输入电压VIN与功率管MP的源极连接，功率管MP的漏极为输出电压VOUT；VOUT经反馈电阻网络RA和RB分压后得到的负反馈电压FB连接至误差放大器EA的反相输入端，误差放大器EA的同相输入端连接参考电压VREF；误差放大器EA的输出端与功率管MP的栅极连接，衬底电位选择电路BULK SEL与功率管MP的衬底连接，BULK SEL比较VIN与VOUT的大小，并输出两者中最大的电位作为衬底VPBULK的电位；误差放大器EA的电源电压为VPBULK；
衬底电位选择电路BULK SEL包括电压比较器、波形整形电路以及电平选择电路；电压比较器对输入的VIN和VOUT进行比较，经波形整形电路整形后，再由电平选择电路选择两者中的最大电位作为VPBULK输出；
所述电压比较器包括M1-M10、R1-R3，波形整形电路包括M11-M17，电平选择电路包括M18、M19和R4、R5；其中M3、M4、M5、M6、M10、M14、M15、M17、M19为NMOS管，M1、M2、M7、M8、M9、M11、M12、M13、M16、M18为PMOS管，R1-R5为电阻；M3、M4的衬底以及M5、M6、M10、M14、M15、M17、M19的源极和衬底均接地；M9、M11、M12、M13、M16的源极和衬底接输出VPBULK；电阻R1的一端接VIN，另一端接M1的源极和衬底；电阻R2的一端接VOUT，另一端接M2、M7的源极和衬底；M1、M2、M7的栅极相连并接到M1的漏极，M1的漏极再与M3的漏极相接；M2的漏极与M4、M8的漏极以及M9、M10的栅极相连；M3与M4的栅极相接到BIAS1，M5与M6的栅极相接到BIAS2，BIAS1和BIAS2为外部供给的偏置；M3的源极与M5的漏极相接，M4的源极与M6的漏极相接；M7的漏极与M8的源极、衬底相接，M8的栅极与M11和M14的栅极、M10的漏极以及电阻R3相接，电阻R3的另一端与M9的漏极相接；M11的漏极与M12和M14的漏极、M13和M15的栅极相接；M12的栅极与M13和M15的漏极以及M16、M17和M19栅极相接；M16的漏极与M17的漏极、M18的栅极相接；电阻R4的一端接VIN，另一端与M18的漏极相连；电阻R5的一端接VOUT，另一端与M19的漏极连接；M18、M19的源极和衬底相接并与输出VPBULK相连。
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