CN114546017B - 一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路及线性稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路，属于集成电路的技术领域，包括第三增强型PMOS管MP3、第四增强型PMOS管MP4，第二增强型NMOS管MN2、第三增强型NMOS管MN3，第一电阻R1，第一电流源I1、第二电流源I2。本发明还公开了一种线性稳压器。本发明能够在输入电压过低时减小线性稳压器的功耗，有利于提高电子产品的续航时间。

Description

一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路及线性稳压器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路及线性稳压器。
背景技术
智能电子设备的种类不断增多，大量智能电子设备都需具有便携性，通常类如可穿戴智能设备等都是由电池供电。但电池提供的电压会在一定范围内变化，为了保证提供的电源稳定，尤其后端芯片对输入电压的纹波、噪声有着极高要求的情况下，通常都会采用线性稳压器的解决方案。
由于便携、可穿戴智能设备都是由电池供电，续航时间会极大影响产品的体验，因此对线性稳压器芯片的功耗有着极高的要求。随着智能设备的使用，电池放电使得输入电压不断下降，当输入电压不足进入欠压区的时候，此时的输入电压已经无法维持设定的输出电压值，但运算放大器的输出信号依然会不断上升，导致驱动功率管的驱动电路功耗不断增加，让本来电池电量就不足的智能设备系统消耗了更多的功耗在线性稳压器上，使得产品续航时间更短。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路及线性稳压器，其优点是能够在输入电压过低时减小线性稳压器的功耗，有利于提高电子产品的续航时间。
一方面，本发明提供一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路，其特征在于，包括第三增强型PMOS管MP3、第四增强型PMOS管MP4，第二增强型NMOS管MN2、第三增强型NMOS管MN3，第一电阻R1，第一电流源I1、第二电流源I2；
第三增强型PMOS管MP3的源级通过第一电阻R1的连接至线性稳压器的输入VCC，源级和衬底相连，栅极和漏级相连并连至电流源I1，电流源I1的另一端接GND；
第四增强型PMOS管MP4的栅极和第三增强型PMOS管MP3的栅极相连，源级和衬底接线性稳压器的的输出VOUT，漏级接电流源I2，电流源I2的另一端接GND，漏级引出电压信号VCO；
第三增强型NMOS管MN3的栅极接VCO信号，源级和衬底接GND；
第二增强型NMOS管MN2的源级和第三增强型NMOS管MN3的漏级相连，栅极和漏级相连并引出VEA信号作为输出，衬底接GND。
本发明进一步设置为，所述第一电流源I1和第二电流源I2相等。
另一方面，本发明提供一种线性稳压器，其特征在于，包括第一增强型PMOS管MP1、第二增强型PMOS管MP2、第一增强型NMOS管MN1、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器AMP以及上述的电流钳位电路；
第一增强型PMOS管MP1的源级和衬底接电源VCC，栅极和漏级短接并连接至第二增强型PMOS管MP2的栅极；
第二增强型PMOS管MP2的源级和衬底接电源VCC，漏级接输出端VOUT；
第一增强型NMOS管MN1的栅极接运算放大器AMP的输出，源级和衬底接GND，漏级和MP1的漏级相连；
第二电阻R2和第三电阻R3串联接在VOUT和GND之间，第二电阻R2和第三电阻R3之间引出信号FB；
运算放大器AMP的同相输入端接VREF，反相输入端接FB，输出端接电流钳位电路的输出VEA信号。
综上所述，本发明的有益效果是：当输入电压VCC不断降低，进入欠压区时，此时的输出电压VOUT已经无法达到正常工作状态下的理论目标值VOUTSET，因为VCC降低至一定范围时，MP4管导通，VCO信号为高信号，MN3管打开。MN2管栅漏短接，为二极管接法，其栅源电压为VGS2，使得MN1管的栅信号被钳位在VGS2，限制了驱动管MN1和MP1支路上的电流，从而极大降低了线性稳压器在输入电压不足进入欠压区的情况下自身消耗的电流，应用在电子产品上时，有利于提高电子产品的续航时间。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例：参考图1，一种线性稳压器，包括：第一增强型PMOS管MP1、第二增强型PMOS管MP2，第一增强型NMOS管MN1，第二电阻R2、第三电阻R3，运算放大器AMP，电流钳位电路。第一增强型PMOS管MP1的源级和衬底接电源VCC，栅极和漏级短接并连接至第二增强型PMOS管MP2的栅极，第二增强型PMOS管MP2的源级和衬底接电源VCC，漏级接VOUT，第一增强型NMOS管MN1的栅极接运算放大器AMP的输出，源级和衬底接GND，漏级和MP1的漏级相连，第二电阻R2的一端接VOUT另一端接FB，第三电阻一端接FB另一端接GND，运算放大器的同相输入端接VREF，反相输入端接FB，输出接VEA信号。
VOUT电压通过电阻R2、R3得到反馈信号FB并送入运算放大器AMP的反相输入端，运算放大器的同相输入端接基准电压VREF，可以得到当线性稳压器处于正常工作状态时的输出电压：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
为了解决线性稳压器在欠压区自身电流消耗过大的问题，增加了电流钳位电路。所述电流钳位电路包括：第三增强型PMOS管MP3、第四增强型PMOS管MP4，第二增强型NMOS管MN2、第三增强型NMOS管MN3，第一电阻R1，第一电流源I1、第二电流源I2。第一电阻R1的一端接电源VCC另一端接第三增强型PMOS管MP3的源级，MP3的源级和衬底相连，栅极和漏级相连并连至电流源I1，电流源I1的另一端接GND，第四增强型PMOS管MP4的栅极和MP3的栅极相连，源级和衬底接VOUT，漏级接VCO，第二电流源的一端接VCO另一端接GND，第二增强型NMOS管MN2的栅极和漏级相连并连至VEA信号，衬底接GND，源级和第三增强型NMOS管MN3的漏级相连，MN3的栅极接VCO信号，源级和衬底接GND。
本案中设置电流源I1=I2，在输入电压VCC较高时，线性稳压器处于正常工作状态，VCC比VOUT高出足够的值，此时MP3管的栅源电压VGS3的绝对值要比MP4管的栅源电压绝对值要高，由于电流源I1和I2相等，MP3管导通而MP4管截止，因此输出的VCO信号为低信号，MN3管关闭。
当输入电压VCC不断降低，进入欠压区时，此时的输出电压VOUT已经无法达到正常工作状态下的理论目标值VOUTSET，因为VCC降低，以及第一电阻R1的分压，此时的MP3管的栅源电压VGS3的绝对值降低至小于MP4管的栅源电压绝对值，同样由于I1=I2，MP4管导通，此时的VCO信号为高信号，MN3管打开。MN2管栅漏短接，为二极管接法，其栅源电压为VGS2，使得MN1管的栅信号被钳位在VGS2，限制了驱动管MN1和MP1支路上的电流，从而极大降低了线性稳压器在输入电压不足进入欠压区的情况下自身消耗的电流。
对于线性稳压器，其输出VOUT一般是设定值，常见的是3.3V。电源VCC降低至何值时电流钳位电路触发工作由第一电阻R1上的压降决定，即由第一电阻R1的阻值以及电流源I1决定，具体实施时可通过调整第一电阻R1的阻值以及电流源I1来确定电流钳位电路的触发时机。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种线性稳压器的欠压区电流钳位电路，其特征在于，包括第三增强型PMOS管MP3、第四增强型PMOS管MP4，第二增强型NMOS管MN2、第三增强型NMOS管MN3，第一电阻R1，第一电流源I1、第二电流源I2；
第三增强型PMOS管MP3的源级通过第一电阻R1的连接至线性稳压器的输入电源VCC，源级和衬底相连，栅极和漏级相连并连至电流源I1，电流源I1的另一端接GND；
第四增强型PMOS管MP4的栅极和第三增强型PMOS管MP3的栅极相连，源级和衬底接线性稳压器的输出VOUT，漏级接电流源I2，电流源I2的另一端接GND，漏级引出电压信号VCO；
第三增强型NMOS管MN3的栅极接电压信号VCO，源级和衬底接GND；
第二增强型NMOS管MN2的源级和第三增强型NMOS管MN3的漏级相连，栅极和漏级相连并引出VEA信号作为输出，衬底接GND。
2.根据权利要求1所述的线性稳压器的欠压区电流钳位电路，其特征在于，所述第一电流源I1和第二电流源I2相等。
3.一种线性稳压器，其特征在于，包括第一增强型PMOS管MP1、第二增强型PMOS管MP2、第一增强型NMOS管MN1、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器AMP以及权利要求1或2中所述的电流钳位电路；
第一增强型PMOS管MP1的源级和衬底接电源VCC，栅极和漏级短接并连接至第二增强型PMOS管MP2的栅极；
第二增强型PMOS管MP2的源级和衬底接电源VCC，漏级接输出VOUT；
第一增强型NMOS管MN1的栅极接运算放大器AMP的输出，源级和衬底接GND，漏级和MP1的漏级相连；
第二电阻R2和第三电阻R3串联接在输出VOUT和GND之间，第二电阻R2和第三电阻R3之间引出信号FB；
运算放大器AMP的同相输入端接VREF，反相输入端接信号FB，输出端接电流钳位电路的输出VEA信号。
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