CN114706441B - 一种低功耗低压差线性稳压器 - Google Patents

一种低功耗低压差线性稳压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低功耗低压差线性稳压器，包括运算放大器、缓冲器、调整管、反馈电阻组、限流电路、调节电路和缓冲电路，所述运算放大器、所述缓冲器、所述调整管依次连接；所述限流电路与缓冲器连接，所述调节电路与调整管的栅极连接，所述缓冲电路与调整管的源极和输出端连接。本发明不仅仅只降低了低压差线性稳压器的功耗，还关注低压差线性稳压器的瞬态响应性能和输出纹波的影响，降低功耗的同时保证了低压差线性稳压器具有较好的性能。

Description

一种低功耗低压差线性稳压器
技术领域
本发明涉及和LDO(Low Dropout Regulator)技术领域，具体涉及一种低功耗低压差线性稳压器。
背景技术
LDO是一种线性稳压器，使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管(FET)，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。低压差线性稳压器的功耗消耗在高增益的放大器、反馈网络、缓冲器、参考源等上，静态电流很难做到最低，即使零负载的情况，这些部分仍然在消耗功率。当负载电流较大时，负载电流的波动会进一步引起输出电压的变化，导致低压差线性稳压器的瞬态响应性能和稳定性降低，因此，保证电流波动强度是低压差设计中的另一方面。
目前的LDO为了实现低功耗稳定电压的目的，往往忽略了稳压器其他方面的性能可能的降低，例如瞬态响应速度慢、输出纹波较大等，且为了降低电路功耗，其结构设计也较复杂，或者降低效果不明显，致使达不到理想效果。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种低功耗低压差线性稳压器，通过设置限流电路、调节电路以及缓冲电路，本发明不仅仅只降低了低压差线性稳压器的功耗，还一定程度上改善了低压差线性稳压器的瞬态响应性能和输出纹波的影响，降低功耗的同时保证了低压差线性稳压器具有较好的综合性能。
本发明涉及一种低功耗低压差线性稳压器，包括运算放大器、缓冲器、调整管、反馈电阻组、限流电路、调节电路和缓冲电路，所述运算放大器、所述缓冲器、所述调整管依次连接；所述限流电路与缓冲器连接，所述调节电路与调整管的栅极连接，所述缓冲电路与调整管的源极和输出端连接。
进一步的，所述限流电路包括：第一至第五MOS管和第一电阻，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极、第五MOS管的源极以及电源耦接，第一MOS管的栅极与第二MOS管的栅极耦接，第一MOS管的漏极和第二MOS管的漏极分别耦接第三MOS管的源极和第四MOS管的源极，且第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极耦接，第五MOS管的栅极与第二MOS管的漏极耦接，第五MOS管的漏极耦接第一电阻和输出结果。
进一步的，所述调节电路包括：第六至第十五MOS管，第六MOS管的源极、第七MOS管的源极和第十四MOS管的源极均与电源耦接，第六MOS管的漏极与第八MOS管的栅极、第十MOS管的源极耦接，第六MOS管的栅极与第七MOS管的栅极、第十四MOS管的栅极耦接；第八MOS管的源极通过一电流源与电源耦接，第八MOS管的漏极与第九MOS管的栅极和漏极、第十一MOS管的栅极耦接，第十MOS管的栅极与第十一MOS管的源极耦接，第十二MOS管的源极与第十MOS管的漏极耦接，第十二MOS管的漏极与第十三MOS管的漏极耦接并接另一电源，第十二MOS管的栅极与第十三MOS管的栅极耦接，第十五MOS管的漏极与第十三MOS管的源极、第十一MOS管的漏极耦接，第十四MOS管的漏极和第十五MOS管的源极耦接并输出结果。
进一步的，所述缓冲电路包括：第十六至第二十五MOS管，第十六MOS管的栅极与第十七MOS管的栅极耦接，第十八MOS管的栅极与第十九MOS的栅极耦接，第十六MOS管的源极与第十七MOS管的源极、第十八MOS管的源极、第十九MOS管的源极耦接后接电源；第十九MOS管的漏极与第二十四MOS管的源极耦接，第二十四MOS管的栅极耦接调整管的源极；第二十四MOS管的漏极与第二十三MOS管的漏极耦接后与第二十五MOS管的源极耦接；第十八MOS管的漏极与第十七MOS管的栅极、第一电容、第二十三MOS管的源极均耦接；第十七MOS管的漏极与第三电阻、第二十一MOS管的源极、第二十三MOS管的栅极均耦接；第二十一MOS管的漏极第二十二MOS管的源极耦接，第二十MOS管的漏极与第二电阻耦接，第十六MOS管的漏极与第二十MOS管的源极耦接并输出结果。
进一步的，低功耗低压差线性稳压器不包括限流电路。
进一步的，低功耗低压差线性稳压器不包括缓冲电路。
进一步的，各所述MOS管使用NMOS、PMOS、IGBT、BJT、三极管、晶闸管中的一种或几种替代。
进一步的，反馈电阻组包括第一反馈电阻和第二反馈电阻，第一反馈电阻与第二反馈电阻串联组成的分压网络产生反馈电压，所述反馈电压与所述运算放大器的同相输入端连接。
进一步的，所述第一MOS管和第二MOS管的尺寸成比例关系，所述第三MOS管和第四MOS管的尺寸成比例关系；所述第六MOS管和第七MOS管的尺寸成比例关系，所述第十二MOS管和第十三MOS管的尺寸成比例关系。
进一步的，所述低压差线性稳压器输出电压的值等于所述基准电压的值乘以所述第一反馈电阻和第二反馈电阻的和，然后除以所述第二反馈电阻的值的结果，即用公式VOUT＝VREF*(Rf1+Rf2)/Rf2表示。
本发明具有如下的技术效果：
结合本发明的与调节管耦接的调节电路，与缓冲器耦接的限流电路、和与输出端耦接的缓冲电路，本发明在降低电路整体功耗的同时，还改善了电路的瞬态响应性能和输出纹波的影响，改变了现有技术中只关注功耗降低而忽略了电路整体性能下降带来的弊端。
附图说明
图1本发明的低功耗低压差线性稳压器电路图；
图2本发明的低功耗低压差线性稳压器的限流电路图；
图3本发明的低功耗低压差线性稳压器的调节电路图；
图4本发明的低功耗低压差线性稳压器的缓冲电路图。
具体实施方式
现在将在下文中参考示出了本发明的实施例的附图来更全面地描述本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。贯穿全文，相同的数字表示相同的元素。
将理解的是，尽管本文可以使用术语第一，第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相管联的所列项目的任何和所有组合。
将理解的是，当诸如层，区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”或在另一元件上“延伸”时，其可以直接在另一元件上或直接在另一元件上延伸，或者中间元件也可以是另一元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，则不存在中间元件。还应理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，则不存在中间元件。
在本文中可以使用诸如“在...下方”或“在上方”，“在上方”或“在下方”或“水平”或“垂直”之类的相对术语来描述一个元件，层或区域与另一元件，层或区域的管系。如图所示，将理解的是，这些术语除了附图中描绘的取向之外还意图涵盖装置的不同取向。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”，“包含”，“包括”和/或“包括”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。将进一步理解的是，除非在此明确地定义，否则本文中使用的术语应被解释为具有与本说明书和相管领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释。
下面参考根据本发明实施例的方法，系统和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。将理解的是，可以通过计算机程序指令来实现流程图图示和/或框图的一些框以及流程图图示和/或框图中的一些框的组合。这些计算机程序指令可以存储或实现在微控制器，微处理器，数字信号处理器(DSP)，现场可编程门阵列(FPGA)，状态机，可编程逻辑控制器(PLC)或其他处理电路，通用计算机，专用计算机中。用途计算机或其他可编程数据处理设备(例如生产机器)，以便通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或中指定的功能/动作的装置或方框图块。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作，从而使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制品。实现流程图和/或框图中指定的功能/动作。
也可以将计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上执行以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令成为可能。其他可编程装置提供用于实现流程图和/或框图方框中指定的功能/动作的步骤。应当理解，方框中指出的功能/动作可以不按照操作图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。尽管一些图在通信路径上包括箭头以示出通信的主要方向，但是应当理解，通信可以在与所描绘的箭头相反的方向上发生。
本发明具体实施过程如下：
如图1所示，本发明涉及一种低功耗低压差线性稳压器，包括运算放大器OA、缓冲器Buffer、调整管MP、反馈电阻组、限流电路、调节电路和缓冲电路，所述运算放大器OA、所述缓冲器Buffer、所述调整管MP依次连接；所述限流电路与缓冲器连接，所述调节电路与调整管的栅极连接，所述缓冲电路与调整管的源极和输出端连接。
优选的，如图2所示，所述限流电路包括：第一至第五MOS管(M1～M5)和第一电阻R1，第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的源极、第五MOS管M5的源极以及电源VCC耦接，第一MOS管M1的栅极与第二MOS管M2的栅极耦接，第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的漏极分别耦接第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极，且第三MOS管M3的栅极和第四MOS管M4的栅极耦接，第五MOS管M5的栅极与第二MOS管M2的漏极耦接，第五MOS管M5的漏极耦接第一电阻R1和输出结果。
优选的，如图3所示，所述调节电路包括：第六至第十五MOS管(M6～M15)，第六MOS管M6的源极、第七MOS管M7的源极和第十四MOS管M14的源极均与电源VCC耦接，第六MOS管的漏极与第八MOS管的栅极、第十MOS管的源极耦接，第六MOS管M6的栅极与第七MOS管M7的栅极、第十四MOS管M14的栅极耦接；第八MOS管M8的源极通过一电流源I1与电源VCC耦接，第八MOS管M8的漏极与第九MOS管M9的栅极和漏极、第十一MOS管M11的栅极耦接，第十MOS管M10的栅极与第十一MOS管M11的源极耦接，第十二MOS管M12的源极与第十MOS管M10的漏极耦接，第十二MOS管M12的漏极与第十三MOS管M13的漏极耦接并接另一电源地，第十二MOS管M12的栅极与第十三MOS管M13的栅极耦接，第十五MOS管M15的漏极与第十三MOS管M13的源极、第十一MOS管M11的漏极耦接，第十四MOS管M14的漏极和第十五MOS管M15的源极耦接并输出结果。
优选的，如图4所示，所述缓冲电路包括：第十六至第二十五MOS管(M16～M25)，第十六MOS管M16的栅极与第十七MOS管M17的栅极耦接，第十八MOS管M18的栅极与第十九MOS管M19的栅极耦接，第十六MOS管M16的源极与第十七MOS管M17的源极、第十八MOS管M18的源极、第十九MOS管M19的源极耦接后接电源；第十九MOS管M19的漏极与第二十四MOS管M24的源极耦接，第二十四MOS管M24的栅极耦接调整管MP的源极；第二十四MOS管M24的漏极与第二十三MOS管M23的漏极耦接后与第二十五MOS管M25的源极耦接；第十八MOS管M18的漏极与第十七MOS管M17的栅极、第一电容C1、第二十三MOS管M23的源极均耦接；第十七MOS管M17的漏极与第三电阻R3、第二十一MOS管M21的源极、第二十三MOS管M23的栅极均耦接；第二十一MOS管M21的漏极第二十二MOS管M22的源极耦接，第二十MOS管M20的漏极与第二电阻R2耦接，第十六MOS管M16的漏极与第二十MOS管M20的源极耦接并输出结果。
优选的，低功耗低压差线性稳压器不包括限流电路。
优选的，低功耗低压差线性稳压器不包括缓冲电路。
优选的，各所述MOS管使用NMOS、PMOS、IGBT、BJT、三极管、晶闸管中的一种或几种替代。
优选的，反馈电阻组包括第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2，第一反馈电阻Rf1与第二反馈电阻Rf2串联组成的分压网络产生反馈电压，所述反馈电压与所述运算放大器OA的同相输入端连接。
优选的，所述第一MOS管M1和第二MOS管M2的尺寸成比例关系，所述第三MOS管M3和第四MOS管M4的尺寸成比例关系；所述第六MOS管M6和第七MOS管M7的尺寸成比例关系，所述第十二MOS管M12和第十三MOS管M13的尺寸成比例关系。
优选的，所述低压差线性稳压器输出电压的值等于所述基准电压的值乘以所述第一反馈电阻和第二反馈电阻的和，然后除以所述第二反馈电阻的值的结果，即用公式VOUT＝VREF*(Rf1+Rf2)/Rf2表示。
综上，低功耗的低压差线性稳压器通过设置与调节管耦接的调节电路，与缓冲器耦接的限流电路、和与输出端耦接的缓冲电路，本发明在降低电路整体功耗的同时，还改善了电路的瞬态响应性能和输出纹波的影响，改变了现有技术中只关注功耗降低而忽略了电路整体性能下降带来的弊端。
最后应该说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更的行为，均在本发明申请待批的权利申请要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，包括运算放大器、缓冲器、调整管、反馈电阻组、限流电路、调节电路和缓冲电路，所述运算放大器、所述缓冲器、所述调整管依次连接；所述限流电路与缓冲器连接，所述调节电路与调整管的栅极连接，所述缓冲电路与调整管的源极和输出端连接；
所述缓冲电路包括：第十六至第二十五MOS管，第十六MOS管的栅极与第十七MOS管的栅极耦接，第十八MOS管的栅极与第十九MOS的栅极耦接，第十六MOS管的源极与第十七MOS管的源极、第十八MOS管的源极、第十九MOS管的源极耦接后接电源；所述第十七MOS管的漏极与第二十一MOS管的源极、第二十三MOS管的栅极均耦接；所述第十七MOS管的漏极还通过串联的第三电阻和第一电容与所述第十八MOS管的漏极和第二十三MOS管的源极耦接；所述第十八MOS管的漏极与第二十三MOS管的源极耦接；所述第十九MOS管的漏极与第二十四MOS管的源极耦接，所述第二十四MOS管的栅极耦接调整管的源极；所述第二十四MOS管的漏极与所述第二十三MOS管的漏极耦接后与第二十五MOS管的源极耦接；所述第二十五MOS管的漏极与第二十二MOS管的漏极、第二电阻的一端耦接后接另一电源；所述第二十一MOS管的漏极与所述第二十二MOS管的源极耦接，第二十MOS管的漏极与所述第二电阻的另一端耦接，所述第二十MOS管的栅极与所述第二十一MOS管的栅极耦接；所述第十六MOS管的漏极与所述第二十MOS管的源极耦接并输出结果。
2.根据权利要求1所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，所述限流电路包括：第一至第五MOS管和第一电阻，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极、第五MOS管的源极以及电源耦接，所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极耦接，所述第一MOS管的漏极和所述第二MOS管的漏极分别耦接第三MOS管的源极和第四MOS管的源极，且所述第三MOS管的栅极和所述第四MOS管的栅极耦接，第五MOS管的栅极与所述第二MOS管的漏极耦接，第五MOS管的漏极耦接第一电阻的一端并与缓冲器连接；所述第一电阻的另一端与所述第四MOS管的漏极、所述第三MOS管的漏极耦接后接另一电源。
3.根据权利要求2所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，所述调节电路包括：第六至第十五MOS管，第六MOS管的源极、第七MOS管的源极和第十四MOS管的源极均与电源耦接，所述第六MOS管的漏极与第八MOS管的栅极、第十MOS管的源极耦接，所述第六MOS管的栅极与所述第七MOS管的栅极、第十四MOS管的栅极耦接；所述第八MOS管的源极通过一电流源与电源耦接，所述第八MOS管的漏极与第九MOS管的栅极和漏极、第十一MOS管的栅极耦接，所述第十MOS管的栅极与所述第十一MOS管的源极耦接，第十二MOS管的源极与所述第十MOS管的漏极耦接，所述第十二MOS管的漏极与第十三MOS管的漏极耦接并接另一电源，所述第十二MOS管的栅极与所述第十三MOS管的栅极耦接，第十五MOS管的漏极与所述第十三MOS管的源极、所述第十一MOS管的漏极耦接，所述第十四MOS管的漏极与所述第十五MOS管的源极耦接并与调整管的栅极连接。
4.根据权利要求1或3所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，低功耗低压差线性稳压器不包括限流电路。
5.根据权利要求1-3任一项所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，各所述MOS管使用NMOS、PMOS、IGBT、BJT、三极管、晶闸管中的一种或几种替代。
6.根据权利要求1-3任一项所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，反馈电阻组包括第一反馈电阻和第二反馈电阻，第一反馈电阻与第二反馈电阻串联组成的分压网络产生反馈电压，所述反馈电压与所述运算放大器的同相输入端连接。
7.根据权利要求3所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管的尺寸成比例关系，所述第三MOS管和第四MOS管的尺寸成比例关系；所述第六MOS管和第七MOS管的尺寸成比例关系，所述第十二MOS管和第十三MOS管的尺寸成比例关系。
8.根据权利要求6所述的低功耗低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器输出电压的值等于基准电压的值乘以所述第一反馈电阻和第二反馈电阻的和，然后除以所述第二反馈电阻的值的结果，即用公式VOUT=VREF*(Rf1+Rf2）/Rf2表示。
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