CN114415772A - 一种低压差线性稳压器电路设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压差线性稳压器电路设计方法，涉及集成电路及电源技术领域，该方法通过设置均流控制环路实现LDO并联均流控制，所述均流控制环路包括运算放大器和检测电阻，检测电阻不断检测各负载电流的偏差，并将偏差电压输入运算放大器，利用运算放大器在偏置电压范围内的线性输出特性，动态调节LDO反馈信号来调节输出电压，实现并联LDO间负载电流的均衡。本发明能够实现LDO并联均衡工作，从而提供高精度、大电流供电。

Description

一种低压差线性稳压器电路设计方法

技术领域

本发明涉及集成电路及电源技术领域，具体地说是一种低压差线性稳压器电路设计方法。

背景技术

电子电路DC/DC供电设计中，目前最常用的是开关电源和LDO。开关电源输出电流大、效率高，但由于其开关特性，输出电压纹波噪声较大。LDO具有超低电压噪声、干扰小的优点，在高精度、低噪声供电场合获得广泛应用，但LDO效率低、发热量大，一般仅适用于负载电流小于1A的场合，限制了其应用。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种低压差线性稳压器电路设计方法，能够实现LDO并联均衡工作，从而提供高精度、大电流供电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低压差线性稳压器电路设计方法，通过设置均流控制环路实现LDO并联均流控制，所述均流控制环路包括运算放大器和检测电阻，

检测电阻不断检测各负载电流的偏差，并将偏差电压输入运算放大器，利用运算放大器在偏置电压范围内的线性输出特性，动态调节LDO反馈信号来调节输出电压，实现并联LDO间负载电流的均衡。

对于背景技术中提到的LDO效率低、发热量大，一般仅适用于负载电流小于1A的场合，限制了其应用，为实现LDO在超低纹波、较大电流供电中的应用，可将LDO并联使总输出电流增倍。但LDO并联工作需要解决负载电流均衡问题，否则LDO之间的固有差异，会使输出电压略高的LDO分担更大的电流，进入不均衡工作状态，直至发生过流或过热保护而失效。

LDO并联使用时，直接将两个LDO简单并联是不可取的。虽然两个LDO型号完全相同，但其内部组件(如误差放大器、MOSFET等)仍然会有细微差异，这些差异只能尽可能减小，却不能完全消除。

本方法通过运算放大器与检测电阻构成均流控制环路，检测电阻不断检测各LDO输入电流(与负载电流相同)的偏差，并将偏差电压输入运算放大器，利用运算放大器在偏置电压范围内的线性输出特性，动态调节LDO反馈信号来调节输出电压，实现并联LDO间负载电流的均衡。

优选的，所述LDO并联为两个LDO并联；均流控制环路由一个运算放大器与两个检测电阻构成，可实现两个LDO并联均衡工作；

两个LDO的输入电流分别流经两个检测电阻，如果两个LDO输入电流不同，会在两个检测电阻后端两点之间形成压差，电压差送入运算放大器，驱动运算放大器输出端电压发生变化，改变反馈端电压，调节输出，从而减小两个LDO的电流分配偏差。

进一步的，设两个LDO的输入端分别为U1端和U2端，U2作为主LDO，输出电压固定，U1作为辅LDO，其输出电压接受实时控制和动态调整，则改变U1反馈端电压，调节输出，实现减小两个LDO的电流分配偏差。

进一步的，设两个检测电阻分别为R1和R2，R1和R2后端分别设检测点a点和b点；运算放大器输出端设检测电阻R3，R3后端设检测点c点；

该设计方法电路动态调节过程如下：

1)若U1输出电压较U2略高、负载电流较大，流经R1的电流较大，a点电压较b点低，此时运放+极比-极电压高，输出电压增大，驱动c点电压升高，U1内部调节机制响应FB信号增高会降低输出电压，使其负载电流减小；

2)若U1输出电压较U2低、负载电流较小，流过R1的电流较小，a点电压较b点高，此时运放-极比+极电压高，输出电压减小，驱动c点电压降低，此时，U1内部调节机制会提高输出电压，U1负载电流增大；

3)负载平衡状态下，两个LDO输出电压非常相近，负载电流也几乎相同，此时均流控制环路维持稳定状态不变。

优选的，对于LDO芯片U1和U2，根据LDO的功率耗散公式：P_LOSS＝(V_IN-V_OUT)×I_OUT，为在输出电流I_OUT较大的情况下保证功耗不超标，应尽可能选用容许更低输入-输出电压差的LDO。

优选的，两个LDO的输出端分别设置反馈电阻R4、R5和R6、R7

两组反馈电路的电阻阻值完全相同，即R4＝R6，R5＝R7，考虑到电阻自身误差，应选用1％高精度电阻。

优选的，对于检测电阻R1和R2，检测电阻会承载较大电流，故选用功率电阻；

为保证控制精度，需选用精度1％或以上的精密电阻；电阻阻值不应过大，选用30mΩ或更小阻值。

优选的，所述运算放大器，为能精确响应检测电阻端的微小电压差异，运算放大器的输入偏置电压应尽可能小。一般，检测电阻和负载电流都比较小，运放输入端的电压偏差也很小，如果运放偏置电压过大，无法响应微小电压差异，则起不到调节作用。

优选的，所述调节电阻R3，连接运放输出端和U2反馈端，决定对反馈电压的调节幅值，进而决定了U2输出电压变动范围；

若R3阻值过小，调节作用过强，U2输出电压变动范围过大，可能造成输出不稳定；若R3阻值过大，调节作用弱，则无法有效控制U2输出电压。一般情况下，R3取15KΩ左右，U1、U2输出电压偏压最大4％。可取得比较好的调节效果。

本发明还要求保护一种低压差线性稳压器电路，该电路具有均流控制环路，并根据上述的低压差线性稳压器电路设计方法进行设置，实现LDO并联均流控制。

本发明的一种低压差线性稳压器电路设计方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

本方法实现低压差线性稳压器并联均流，可实现两个LDO并联均衡工作，实现高精度、倍增电流输出的效果，提供高精度、大电流供电。

本设计方法可应用于射频、音频、ADC转换等需要高精度、超低噪声供电的系统设计中。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双LDO并联均流电路设计结构示图；

图2是本发明实施例提供的双LDO无均流并联电路的设计结构示图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

针对LDO效率低、发热量大，一般仅适用于负载电流小于1A的场合的问题，为实现LDO在超低纹波、较大电流供电中的应用，可将LDO并联使总输出电流增倍。但LDO并联工作需要解决负载电流均衡问题，否则LDO之间的固有差异，会使输出电压略高的LDO分担更大的电流，进入不均衡工作状态，直至发生过流保护或热关断而失效。

本发明实施例提供一种低压差线性稳压器电路设计方法，通过设置均流控制环路实现LDO并联均流控制，所述均流控制环路包括运算放大器和检测电阻，

检测电阻不断检测各LDO输入电流(与负载电流相同)的偏差，并将偏差电压输入运算放大器，利用运算放大器在偏置电压范围内的线性输出特性，动态调节LDO反馈信号来调节输出电压，实现并联LDO间负载电流的均衡。

LDO并联使用时，直接将两个LDO简单并联是不可取的。虽然两个LDO型号完全相同，但其内部组件(如误差放大器、MOSFET等)仍然会有细微差异，这些差异只能尽可能减小，却不能完全消除。如图2所示，两个并联LDO尽管连接了相同的反馈电路，但其自身特性差异仍会导致其输出电压会略有不同。输出电压较高的LDO会占主导地位，分担更多的电流，造成负载不均衡，甚至有可能触发过流保护或过热保护而关断。

如图1所示，为本发明实施例提供的双LDO并联均流电路设计结构，通过增加均流控制环路，实现两个LDO工作电流的平均分配。

如图所示，均流控制环路由运算放大器A和检测电阻R1、R2组成。电路工作时，两个LDO的输入电流分别流经检测电阻R1和R2，如果两个LDO输入电流不同，会在检测电阻后端a点和b点之间形成压差，电压差送入运算放大器，驱动运放输出端电压发生变化，改变U1反馈端电压，调节U1输出，从而减小两个LDO的电流分配偏差。

在此设计下，U2作为主LDO，输出电压固定，U1作为辅LDO，其输出电压接受实时控制和动态调整。

该电路动态调节过程如下：

1)、若U1输出电压较U2略高、负载电流较大，流经R1的电流较大，a点电压较b点低，此时运放+极比-极电压高，输出电压增大，驱动c点电压升高，U1内部调节机制响应FB信号增高会降低输出电压，使其负载电流减小；

2)、若U1输出电压较U2低、负载电流较小，流过R1的电流较小，a点电压较b点高，此时运放-极比+极电压高，输出电压减小，驱动c点电压降低，此时，U1内部调节机制会提高输出电压，U1负载电流增大；

3)、负载平衡状态下，两个LDO输出电压非常相近，负载电流也几乎相同，此时均流控制环路维持稳定状态不变。

对于本电路设计中相关器件参数的选择如下：

1、关于LDO芯片U1和U2

由于本设计的目的是使LDO输出更大电流，根据LDO的功率耗散公式：P_LOSS＝(V_IN-V_OUT)×I_OUT，为在输出电流I_OUT较大的情况下保证功耗不超标，应尽可能选用容许更低输入-输出电压差的LDO。

2、关于反馈电阻R4、R5、R6和R7

两组反馈电路的电阻阻值应完全相同，即R4＝R6，R5＝R7，考虑到电阻自身误差，应选用1％高精度电阻。

3、关于检测电阻R1和R2

检测电阻会承载较大电流，应选用功率电阻。为保证控制精度，需选用精度1％或以上的精密电阻。

电阻阻值不应过大，一般选用30mΩ或更小阻值为宜。

4、关于运算放大器A

为能精确响应检测电阻端的微小电压差异，运算放大器的输入偏置电压应尽可能小。

一般，检测电阻和负载电流都比较小，运放输入端的电压偏差也很小，如果运放偏置电压过大，无法响应微小电压差异，则起不到调节作用。

5、调节电阻R3

调节电阻R3连接运放输出端和U2反馈端，决定对反馈电压的调节幅值，进而决定了U2输出电压变动范围，其阻值应仔细设计。若R3阻值过小，调节作用过强，U2输出电压变动范围过大，可能造成输出不稳定；若R3阻值过大，调节作用弱，则无法有效控制U2输出电压。

一般情况下，R3取15KΩ左右，U1、U2输出电压偏压最大4％，可取得比较好的调节效果。

该设计方法可应用于射频、音频、ADC转换等需要高精度、超低噪声供电的系统设计中。

本发明实施例还提供了一种低压差线性稳压器电路，该电路具有均流控制环路，并根据本发明上述实施例中所描述的低压差线性稳压器电路设计方法进行设置，实现LDO并联均流控制。

该电路可参考图1所示的双LDO并联均流电路设计结构。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，通过设置均流控制环路实现LDO并联均流控制，所述均流控制环路包括运算放大器和检测电阻，检测电阻不断检测各LDO输入电流的偏差，并将偏差电压输入运算放大器，利用运算放大器在偏置电压范围内的线性输出特性，动态调节LDO反馈信号来调节输出电压，实现并联LDO间负载电流的均衡。

2.根据权利要求1所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，所述LDO并联为两个LDO并联；均流控制环路由一个运算放大器与两个检测电阻构成；

两个LDO的输入电流分别流经两个检测电阻，如果两个LDO输入电流不同，会在两个检测电阻后端两点之间形成压差，电压差送入运算放大器，驱动运算放大器输出端电压发生变化，改变反馈端电压，调节输出，从而减小两个LDO的电流分配偏差。

3.根据权利要求2所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，设两个LDO的输入端分别为U1端和U2端，U2作为主LDO，输出电压固定，U1作为辅LDO，其输出电压接受实时控制和动态调整，则改变U1反馈端电压，调节输出，实现减小两个LDO的电流分配偏差。

4.根据权利要求3所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，设两个检测电阻分别为R1和R2，R1和R2后端分别设检测点a点和b点；运算放大器输出端设检测电阻R3，R3后端设检测点c点；

该设计方法电路动态调节过程如下：

1)若U1输出电压较U2略高、负载电流较大，流经R1的电流较大，a点电压较b点低，此时运放+极比-极电压高，输出电压增大，驱动c点电压升高，U1内部调节机制响应FB信号增高会降低输出电压，使其负载电流减小；

2)若U1输出电压较U2低、负载电流较小，流过R1的电流较小，a点电压较b点高，此时运放-极比+极电压高，输出电压减小，驱动c点电压降低，此时，U1内部调节机制会提高输出电压，U1负载电流增大；

3)负载平衡状态下，两个LDO输出电压非常相近，负载电流也几乎相同，此时均流控制环路维持稳定状态不变。

5.根据权利要求3或4所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，对于LDO芯片U1和U2，根据LDO的功率耗散公式：P_LOSS＝(V_IN-V_OUT)×I_OUT，为在输出电流I_OUT较大的情况下保证功耗不超标，应尽可能选用容许更低输入-输出电压差的LDO。

6.根据权利要求4所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，两个LDO的输出端分别设置反馈电阻R4、R5和R6、R7

两组反馈电路的电阻阻值完全相同，即R4＝R6，R5＝R7，考虑到电阻自身误差，应选用1％高精度电阻。

7.根据权利要求4所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，对于检测电阻R1和R2，检测电阻会承载较大电流，故选用功率电阻；

为保证控制精度，需选用精度1％或以上的精密电阻；电阻阻值选用30mΩ或更小阻值。

8.根据权利要求7所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，所述运算放大器，为能精确响应检测电阻端的微小电压差异，运算放大器的输入偏置电压应尽可能小。

9.根据权利要求7所述的一种低压差线性稳压器电路设计方法，其特征在于，所述调节电阻R3，连接运放输出端和U2反馈端，决定对反馈电压的调节幅值，进而决定了U2输出电压变动范围；

R3取15KΩ，U1、U2输出电压偏压最大4％。

10.一种低压差线性稳压器电路，其特征在于该电路具有均流控制环路，并根据权利要求1-9任一项所述的低压差线性稳压器电路设计方法进行设置，实现LDO并联均流控制。

Images