CN113791658B - 一种可实现快速瞬态响应的ldo加速电路 - Google Patents

一种可实现快速瞬态响应的ldo加速电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现快速瞬态响应LDO加速电路，包括跨导放大器OTA、共射放大电路、控制LDO功率管栅极的充电支路及控制LDO功率管栅极的放电支路；当LDO输出端电压发生过冲或下冲且超过一定阈值时，此时加速电路导通，通过对LDO栅极VG充放电来实现LDO输出端电压VOUT过冲或下冲电压减小并快速趋于稳定。解决了传统LDO结构输出端负载瞬态切换时，存在过冲电压及下冲电压值过大，稳定时间长的问题。

Description

一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路
技术领域
本发明属于电源管理模拟技术领域，涉及一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路。
背景技术
电源管理芯片主要包括DC-DC、LDO和电荷泵三种，其中LDO具有体积小、噪声小等特点，相对于其他电源管理芯片其成本低廉也便于实现片上集成，因此受到了人们的广泛关注，在市场中也具有绝对的优势。
如附图1所示是传统LDO整体电路结构图，主要由基准电压源、误差放大器EA、功率管MP、反馈电路组成。其中基准源提供稳定的参考电压VREF1，电路正常工作时，误差放大器将负相端输入的由反馈电阻R1和R2组成的反馈网络得到反馈电压值VFB与正相端输入的基准电压VREF1进行比较，二者的差值通过误差放大器进一步放大输出至功率管的栅极，通过对功率管的电流进行调整来实现LDO输出电压的稳定。
上述的传统LDO电路，当输出端负载电流从小负载电流切换至大负载电流时，或者由大负载电流切换至小负载电流时，由于电路自身的负载调整能力有限，当输出端负载发生瞬态切换时，电路不能快速的做出响应，从而导致输出端电压会出现尖峰，使得输出电压发生过冲及下冲现象，经过一段时间电路响应后，LDO输出端方能产生稳定的输出电压，如附图2所示。
由于传统的LDO结构在进行输出端瞬态负载切换时，输出端电压存在过冲及下冲电压值过大，稳定时间太久的问题，不适应于现阶段快速瞬态响应LDO的需求，该结构还存在很大的优化空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路，该电路克服了传统LDO结构输出端发生负载瞬态切换时过冲电压及下冲电压过大，稳定时间过长的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路：包括跨导放大器OTA，跨导放大器OTA依次连接共射放大电路、控制LDO功率管栅极VG的充电支路及控制LDO功率管栅极VG的放电支路。
本发明的特点还在于：
跨导放大器OTA的负相输入端与LDO输出端电压连接，跨导放大器OTA的正相输入端与基准电压VREF2连接。
共射放大电路包括PNP晶体管T1、PNP晶体管T3及NPN晶体管T2，PNP晶体管T3的基极与跨导放大器OTA的负相输出端连接，PNP晶体管T3的发射极与二极管D2的负相端连接，二极管D2的正相端接电源电压VDD，PNP晶体管T3的集电极分别与电阻R5的一端以及放电支路连接；电阻R5的另一端连接地GND；跨导放大器OTA的正相输出端接PNP晶体管T1的基极，PNP晶体管T1的发射极与二极管D1的负相端连接，二极管D1的正相端接电源电压VDD，PNP晶体管T1的集电极分别与电阻R3的一端以及NPN晶体管T2的基极相连接，电阻R3的另一端与NPN晶体管T2的发射极相连接地GND，NPN晶体管T2的集电极分别与电阻R4的一端以及充电支路连接，电阻R4的另一端接电源电压VDD。
充电支路包括MOS管MP1，MOS管MP1的栅极与NPN晶体管T2的集电极连接，MOS管MP1的源极与电阻R4的另一端相连接电源电压VDD，MOS管MP1的漏极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与LDO的功率管MP的栅极VG相连接用于控制充电支路。
放电支路包括MOS管MN1，MOS管MN1的栅极与PNP晶体管T3的集电极连接，MOS管MN1的源极与电阻R5的另一端相连并接地，MOS管MN1的漏极与电阻R7的一端相连,电阻R7的另一端与LDO的功率管MP的栅极VG相连用于控制放电支路。
本发明的有益效果是，本发明为一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路，结构简单，当LDO输出电压VOUT发生过冲或者下冲且其变化量超过一定阈值时，通过控制充电支路开关管MP1的导通和放电支路开关管MN1的导通，对LDO功率管MP栅极电压VG进行快速充电和放电，使得LDO的输出电压VOUT快速趋于稳定，实现快速瞬态响应LDO加速电路的设计。
附图说明
图1为传统LDO整体电路结构图；
图2为负载瞬态切换时，LDO输出端电压VOUT加速效果图；
图3为本发明一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如附图1所示是传统LDO整体电路结构图。电路正常工作时，LDO的输出端电压VOUT通过电阻分压后，将反馈电压VFB与基准电压VREF1进行误差放大输出至功率管MP的栅极，通过调节流过LDO功率管的电流来控制LDO输出电压的稳定。当输出端负载电流进行瞬态切换时，传统LDO的环路响应速度太慢，导致其输出端电压VOUT会出现过冲或者下冲现象，随着LDO的环路响应而慢慢趋于稳定。传统LDO电路结构存在稳定时间慢，过冲下冲电压值过大等问题。
本发明一种可实现快速瞬态响应LDO加速电路，如附图3所示，包括跨导放大器OTA、共射放大电路、控制LDO功率管栅极VG充电支路及控制LDO功率管栅极VG放电支路。
LDO输出端VOUT与跨导放大器OTA的负相输入端连接，基准电压VREF2与跨导放大器OTA的正相输入端连接。OTA的负相输出端接PNP晶体管T3的基极，PNP晶体管T3的发射极与二极管D2的负相端相连，二极管D2的正相端接电源电压VDD，PNP晶体管T3的集电极分别与电阻R5的一端以及MOS管MN1的栅极相连接，电阻R5的另一端与MOS管MN1的源极相连接地GND，MOS管MN1的漏极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与LDO的功率管MP的栅极VG相连用于控制放电支路；OTA的正相输出端接PNP晶体管T1的基极，PNP晶体管T1的发射极与二极管D1的负相端连接，二极管D1的正相端接电源电压VDD，PNP晶体管T1的集电极分别与电阻R3的一端以及NPN晶体管T2的基极相连接，电阻R3的另一端与NPN晶体管T2的发射极相连接地GND，NPN晶体管T2的集电极分别与电阻R4的一端以及MOS管MP1的栅极相连接，MOS管MP1的源极与电阻R4的另一端相连接电源电压VDD，MOS管MP1的漏极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与LDO的功率管MP的栅极VG相连接用于控制充电支路。
本发明一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路的工作原理为：
当LDO输出端电压发生过冲或者下冲并超过一定阈值时，此时该加速电路启动，利用跨导放大器OTA将LDO输出端电压VOUT与基准电压VREF2的电压差值放大为电流差值，经过共射放大电路进一步放大，利用电阻分压来控制充电支路和放电支路的MOS开关管的导通，实现对LDO功率管MP栅极电压VG的充放电操作。
本发明一种可实现快速瞬态响应LDO加速电路的工作过程为：
当LDO输出端负载电流由大电流向小电流突变时，输出端电压VOUT会发生过冲，此时LDO输出端电压VOUT连接跨导放大器OTA负相输入端，基准电压VREF2连接跨导放大器OTA的正相输入端，两者电压差值通过跨导放大器OTA转化为电流差值，跨导放大器OTA正相输出端连接PNP晶体管T1的基极，经过两级共射放大电路进行放大后，利用电阻R4分压来控制MOS管MP1导通对LDO功率管MP栅极VG进行充电。
当LDO输出端负载电流由小电流向大电流突变时，输出端电压VOUT会发生下冲，此时LDO输出端电压VOUT连接跨导放大器OTA负相输入端，基准电压VREF2连接跨导放大器OTA的正相输入端，两者电压差值通过跨导放大器OTA转化为电流差值，跨导放大器OTA负相输出端连接PNP晶体管T3的基极，经过一级共射放大电路进行放大后，利用电阻R5分压来控制MOS管MN1导通对LDO功率管MP栅极VG进行放电。
通过上述方式，本发明一种可实现快速瞬态响应LDO加速电路在LDO输出端发生负载瞬态切换时，可有效减小下冲电压和过冲电压，使LDO输出端电压VOUT快速趋于稳定，使得LDO输出端电压VOUT具有快速瞬态响应。

Claims (3)

1.一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路，其特征在于：包括跨导放大器OTA，跨导放大器OTA依次连接共射放大电路、控制LDO功率管栅极VG的充电支路及控制LDO功率管栅极VG的放电支路；
所述跨导放大器OTA的负相输入端与LDO输出端电压连接，跨导放大器OTA的正相输入端与基准电压VREF2连接；
所述共射放大电路包括PNP晶体管T1、PNP晶体管T3及NPN晶体管T2，PNP晶体管T3的基极与跨导放大器OTA的负相输出端连接，PNP晶体管T3的发射极与二极管D2的负相端连接，二极管D2的正相端接电源电压VDD，PNP晶体管T3的集电极分别与电阻R5的一端以及放电支路连接；电阻R5的另一端连接地GND；跨导放大器OTA的正相输出端接PNP晶体管T1的基极，PNP晶体管T1的发射极与二极管D1的负相端连接，二极管D1的正相端接电源电压VDD，PNP晶体管T1的集电极分别与电阻R3的一端以及NPN晶体管T2的基极相连接，电阻R3的另一端与NPN晶体管T2的发射极连接地GND，NPN晶体管T2的集电极分别与电阻R4的一端以及充电支路连接，电阻R4的另一端接电源电压VDD。
2.根据权利要求1所述的一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路，其特征在于：所述充电支路包括MOS管MP1，MOS管MP1的栅极与NPN晶体管T2的集电极连接，MOS管MP1的源极与电阻R4的另一端连接电源电压VDD，MOS管MP1的漏极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与LDO的功率管MP的栅极VG相连接用于控制充电支路。
3.根据权利要求1所述的一种可实现快速瞬态响应的LDO加速电路，其特征在于：所述放电支路包括MOS管MN1，MOS管MN1的栅极与PNP晶体管T3的集电极连接，MOS管MN1的源极与电阻R5的另一端连接地GND，MOS管MN1的漏极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与LDO的功率管MP的栅极VG相连用于控制放电支路。
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