CN116449906B - 一种稳压器的控制电路、pcb板以及稳压器 - Google Patents

一种稳压器的控制电路、pcb板以及稳压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稳压器的控制电路，包括电荷泵、箝位单元、电流源、电流镜单元和输出单元，所述箝位单元的一端连接外部输入电源和所述电荷泵，所述电流源与所述电流镜单元的一端连接，所述箝位单元的另一端、所述电流镜单元的另一端以及所述电荷泵分别与所述输出单元连接。本发明的稳压器的控制电路，通过电荷泵产生一个高于外部输入电源的输入电压的电压，使输出单元的工作电压Vth与箝位单元的工作电压VBR相近似，由于输出电压等于VBR‑Vth，即电荷泵的存在使输出单元的输出电压保持在较低值，且在一定电压范围内，输出单元的输出电压不受输入电压变化的影响，提高了输入电压的范围。

Description

一种稳压器的控制电路、PCB板以及稳压器
技术领域
本发明涉及电子电路技术，特别涉及一种稳压器的控制电路、PCB板以及稳压器。
背景技术
低压降稳压器（LDO）是一种线性稳压器，压降电压是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值，正输出电压的LDO通常使用功率晶体管作为PNP，这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右，然而采用PMOS的LED的电路结构，还需要再设置环路补偿，存在电路成本高的问题。与之相比，采用NMOS功率管的LDO电路结构，虽然更容易实现补偿，但使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右，即存在输出电压大的问题，尤其是在低压工作条件下更为严重。故现有稳压器还有待改进和提高。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种稳压器的控制电路，通过电荷泵产生高于输入电压的电压，以降低输出单元的输出电压，提高了输入电压范围。本发明的另一目的是提供一种PCB板和稳压器。
技术方案：本发明的一方面，提供了一种稳压器的控制电路，包括电荷泵、箝位单元、电流源、电流镜单元和输出单元，所述箝位单元的一端连接外部输入电源和所述电荷泵，所述电流源与所述电流镜单元的一端连接，所述箝位单元的另一端、所述电流镜单元的另一端以及所述电荷泵分别与所述输出单元连接；
所述箝位单元用于产生和维持电压VBR，其中电压VBR大于输出单元的输出电压Vth；
所述电流源、所述电流镜单元以及所述电荷泵用于降低输出单元的输出电压。
进一步地，所述箝位单元包括第一导通部、第二导通部和二极管D1，所述第一导通部的一端以及所述第二导通部的一端分别连接外部输入电源，并与所述电荷泵连接；所述第一导通部的另一端与防倒灌单元连接，所述第二导通部的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元连接，所述二极管D1的正极接地；所述第一导通部和第二导通部用于使二极管D1的阴极维持在反向击穿电压。
进一步地，稳压器的控制电路还包括防倒灌单元，所述防倒灌单元设置于所述第一导通部的另一端与所述二极管D1的负极之间。
进一步地，所述第一导通部包括第三P型场效应管PM3、第四P型场效应管PM4和第一电阻R1，所述第三P型场效应管PM3的源极以及所述第四P型场效应管PM4的源极分别连接外部输入电源，并与所述电荷泵连接；所述第三P型场效应管PM3的栅极与所述第四P型场效应管PM4的栅极连接，所述第三P型场效应管PM3的漏极与所述电流镜单元连接，所述第四P型场效应管PM4的漏极与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端通过防倒灌单元分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元连接；所述第三P型场效应管PM3的栅极与漏极短接。
进一步地，所述防倒灌单元包括双极晶体管NPN1，所述双极晶体管NPN1的集电极与所述第一电阻R1的另一端连接，所述双极晶体管NPN1的发射极与所述二极管D1的负极连接，所述双极晶体管NPN1的基极和集电极短接。
进一步地，所述第二导通部包括第一P型场效应管PM1、第二P型场效应管PM2和第二电阻R2，所述第一P型场效应管PM1的源极以及所述第二P型场效应管PM2的源极分别与所述电荷泵连接；所述第一P型场效应管PM1的栅极与所述第二P型场效应管PM2的栅极连接，所述第一P型场效应管PM1的漏极与所述电流镜单元连接，所述第二P型场效应管PM2的漏极与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元连接；所述第一P型场效应管PM1的栅极与漏极短接。
进一步地，所述电流镜单元包括第一N型场效应管NM1、第二N型场效应管NM2和第三N型场效应管NM3，所述第一N型场效应管NM1的漏极和栅极分别与所述电流源连接，所述第二N型场效应管NM2的栅极、所述第三N型场效应管NM3的栅极以及所述输出单元分别与所述第一N型场效应管NM1的栅极连接；所述第二N型场效应管NM2的漏极与所述第三P型场效应管PM3的漏极连接；所述第三N型场效应管NM3的漏极与所述第一P型场效应管PM1的漏极连接；所述第一N型场效应管NM1的源极、所述第二N型场效应管NM2的源极以及所述第三N型场效应管NM3的源极分别接地。
进一步地，所述输出单元包括第四N型场效应管NM4和第五N型场效应管NM5，所述第四N型场效应管NM4的栅极分别与所述双极晶体管NPN1的发射极以及所述二极管D1的负极连接；所述第四N型场效应管NM4的漏极与所述电荷泵连接；所述第五N型场效应管NM5的栅极分别与所述第一N型场效应管NM1的栅极、所述第二N型场效应管NM2的栅极以及所述第三N型场效应管NM3的栅极连接，所述第五N型场效应管NM5的源极接地；所述第四N型场效应管NM4的源极以及所述第五N型场效应管NM5的漏极作为输出单元的输出端。
本发明的另一方面，提供了一种PCB板，所述PCB板上印刷有上述的稳压器的控制电路。
本发明的另一方面，提供了一种稳压器，包括壳体，所述壳体内设置有上述的PCB板。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
本发明提供了一种稳压器的控制电路，包括电荷泵，通过电荷泵产生一个高于外部输入电源的输入电压的电压，使输出单元的工作电压Vth与箝位单元的工作电压VBR相近似，由于输出电压等于VBR-Vth，即电荷泵的存在使输出单元的输出电压保持在较低值，且在一定电压范围内，输出单元的输出电压不受输入电压变化的影响，提高了输入电压的范围。
附图说明
图1为实施例一稳压器的控制电路的电路框图；
图2为实施例一稳压器的控制电路的电路结构图。
附图中元件符号说明：1、电荷泵，2、箝位单元，3、电流源，4、电流镜单元，5、输出单元，6、防倒灌单元。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
实施例一
如图1所示为本实施例所述的一种稳压器的控制电路的电路框图，所述控制电路包括电荷泵1、箝位单元2、电流源3、电流镜单元4和输出单元5，所述箝位单元2的一端用于连接外部输入电源，并与所述电荷泵1连接；所述电流源3与所述电流镜单元4的一端连接，所述箝位单元2的另一端、所述电流镜单元4的另一端以及所述电荷泵1分别与所述输出单元5连接；所述箝位单元2用于产生和维持一个比输出单元5的输出电压高的电压；所述电流源3、所述电流镜单元4以及所述电荷泵1用于降低输出单元5的输出电压。
本实施例中所述稳压器的控制电路，在实际工作时，通过外部输入电源提供输入电压，电荷泵1用于产生一个高于输入电压一定值的电压VCP，使输出单元5的工作电压Vth与箝位单元2的工作电压VBR相近似，由于输出电压近似等于VBR-Vth，即电荷泵1的存在使输出单元5的输出电压可保持在较低值，且在一定电压范围内，输出单元5的输出电压不受输入电压变化的影响，提高了输入电压的范围，从而提高了稳压器的使用灵活度和适用范围，降低了稳压器在低压工作条件下工作时的性能损失。
在本实施例中，所述箝位单元2所产生的电压比输出单元5的输出电压高出约一个阈值电压。
在本实施例中，电荷泵1也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)，一般用来产生比输入电压大的输出电压。电流镜通常被称为电流控制电流源3，是一种广泛流行的单片机IC设计技术，在这种技术中，电路的设计方式是将通过一个有源器件的电流复制到另一个具有电流控制功能的有源器件，在这种情况下，流过一个设备的电流可以被复制到另一个设备中，但以反相形式，理想电流镜电路是具有可反转电流方向的反相配置的理想电流放大器，如果第一个设备的电流发生变化，另一个设备的镜像电流输出也会发生变化，因此，通过控制一个设备中的电流，也可以控制另一个设备中的电流。
具体地，请参阅图2所示的稳压器控制电路的电路结构图，其中所述箝位单元2包括第一导通部、第二导通部和二极管D1，所述第一导通部的一端以及所述第二导通部的一端分别用于连接外部输入电源，并与所述电荷泵1连接；所述第一导通部的另一端与防倒灌单元连接，所述第二导通部的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元5连接，所述二极管D1的正极接地；所述第一导通部和第二导通部用于使二极管D1的阴极维持在反向击穿电压。
具体地，所述稳压器的控制电路还包括防倒灌单元6，所述防倒灌单元6设置于所述第一导通部的另一端与所述二极管D1的负极之间。
由于电荷泵1产生的电压VCP高于输入电压VIN，设置防倒灌单元6，可有效防止VCP电压经由第一导通部和第二导通部向输入电压VIN进行倒灌，具体的，防止VCP电压经由PM2和PM4向输入电压VIN进行倒灌，避免了外部输入电源出现损伤问题，提高了控制电路工作时的稳定度和安全度。
具体地，所述第一导通部包括第三P型场效应管PM3、第四P型场效应管PM4和第一电阻R1，所述第三P型场效应管PM3的源极以及所述第四P型场效应管PM4的源极分别用于连接外部电源，并用于连接电荷泵1；所述第三P型场效应管PM3的栅极与所述第四P型场效应管PM4的栅极连接，所述第三P型场效应管PM3的漏极与所述电流镜单元4连接，所述第四P型场效应管PM4的漏极与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元5连接；所述第三P型场效应管PM3的栅极与漏极短接。
具体地，所述防倒灌单元6包括双极晶体管NPN1，所述双极晶体管NPN1的集电极与所述第一电阻R1的另一端连接，所述双极晶体管NPN1的发射极与所述二极管D1的负极连接，所述双极晶体管NPN1的基极和集电极短接。
具体地，所述第二导通部包括第一P型场效应管PM1、第二P型场效应管PM2和第二电阻R2，所述第一P型场效应管PM1的源极以及所述第二P型场效应管PM2的源极分别与所述电荷泵1连接；所述第一P型场效应管PM1的栅极与所述第二P型场效应管PM2的栅极连接，所述第一P型场效应管PM1的漏极与所述电流镜单元4连接，所述第二P型场效应管PM2的漏极与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元5连接；所述第一P型场效应管PM1的栅极与漏极短接。
具体地，所述电流镜单元4包括第一N型场效应管NM1、第二N型场效应管NM2和第三N型场效应管NM3；所述第一N型场效应管NM1的漏极和栅极分别与所述电流源3连接，所述第二N型场效应管NM2的栅极、所述第三N型场效应管NM3的栅极以及所述输出单元5分别与所述第一N型场效应管NM1的栅极连接；所述第二N型场效应管NM2的漏极与所述第三P型场效应管PM3的漏极连接，所述第三N型场效应管NM3的漏极与所述第二导通部的连接；所述第一N型场效应管NM1的源极、所述第二N型场效应管NM2的源极以及所述第三N型场效应管NM3的源极分别接地。
具体地，所述输出单元5包括第四N型场效应管NM4和第五N型场效应管NM5，所述第四N型场效应管NM4的栅极分别与双极晶体管NPN1的发射极以及所述二极管D1的负极连接；所述第四N型场效应管NM4的漏极与所述电荷泵1连接；所述第五N型场效应管NM5的栅极分别与所述第一N型场效应管NM1的栅极、所述第二N型场效应管NM2的栅极以及所述第三N型场效应管NM3的栅极连接，所述第五N型场效应管NM5的源极接地；所述第四N型场效应管NM4的源极以及所述第五N型场效应管NM5的漏极为输出单元5的输出端。
本实施例中的N型场效应管和P型场效应管是指没有衬底的N型场效应管和P型场效应管。
本实施例所述的稳压器的控制电路，实际工作时，在电流源3及电流镜单元4的作 用下，二极管D1处于反向导通状态；令第二P型场效应管PM2所在支路的支路电流为第一支 路电流，令第四P型场效应管PM4所在支路的支路电流为第二支路电流，第一支路电流和第 二支路电流之和为二极管D1的反向导通电流，根据二极管D1的工作参数选择合适的第二P 型场效应管PM2和第四P型场效应管PM4，以使二极管D1的阴极基本维持在反向击穿电压 VBR。由电流镜单元4选择合适的第五N型场效应管NM5的支路电流，使第四N型场效应管NM4 近似工作在亚阈值区，即输出电压VOUTVBR-Vth，其中Vth表示第四N型场效应管NM4的阈 值电压。电荷泵1能够产生一个比输入电压Vin高出一定值的电压VCP，从而保证了在VIN< VBR的情况下，仍能使第四N型场效应管NM4的栅极被上拉至与二极管D1的反向击穿电压VBR 相近，从而降低了输出电源的输出电压VOUT，即在一定范围内，输出电压不受输入电压变化 的影响，提高了输入电压的范围；此外，第一电阻R1的另一端和二极管D1的阴极之间设置了 集电极和基极短接的双极晶体管NPN1，能够有效防止电荷泵1所产生的电压VCP电压经由第 二P型场效应管PM2和第四P型场效应管PM4向输入电压VIN进行倒灌，提高稳压器的控制电 路工作时的稳定度和安全度。
实施例二
本实施例提供了一种PCB板，该PCB板上印刷如实施例一中所述的稳压器的控制电路。
实施例三
本实施例提供了一种稳压器，包括壳体，该壳体内设置有实施例二所述的PCB板。

Claims (9)

1.一种稳压器的控制电路，其特征在于，包括电荷泵、箝位单元、电流源、电流镜单元和输出单元，所述箝位单元的一端连接外部输入电源和所述电荷泵，所述电流源与所述电流镜单元的一端连接，所述箝位单元的另一端、所述电流镜单元的另一端以及所述电荷泵分别与所述输出单元连接；
所述箝位单元用于产生和维持电压VBR，其中电压VBR大于输出单元的输出电压Vth；
所述电流源、所述电流镜单元以及所述电荷泵用于降低输出单元的输出电压；
所述箝位单元包括第一导通部、第二导通部和二极管D1，所述第一导通部的一端以及所述第二导通部的一端分别连接外部输入电源，并与所述电荷泵连接；所述第一导通部的另一端与防倒灌单元连接，所述第二导通部的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元连接，所述二极管D1的正极接地；所述第一导通部和第二导通部用于使二极管D1的阴极维持在反向击穿电压。
2.根据权利要求1所述的稳压器的控制电路，其特征在于，还包括防倒灌单元，所述防倒灌单元设置于所述第一导通部的另一端与所述二极管D1的负极之间。
3.根据权利要求2所述的稳压器的控制电路，其特征在于，所述第一导通部包括第三P型场效应管PM3、第四P型场效应管PM4和第一电阻R1，所述第三P型场效应管PM3的源极以及所述第四P型场效应管PM4的源极分别连接外部输入电源，并与所述电荷泵连接；所述第三P型场效应管PM3的栅极与所述第四P型场效应管PM4的栅极连接，所述第三P型场效应管PM3的漏极与所述电流镜单元连接，所述第四P型场效应管PM4的漏极与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端通过防倒灌单元分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元连接；所述第三P型场效应管PM3的栅极与漏极短接。
4.根据权利要求3所述的稳压器的控制电路，其特征在于，所述防倒灌单元包括双极晶体管NPN1，所述双极晶体管NPN1的集电极与所述第一电阻R1的另一端连接，所述双极晶体管NPN1的发射极与所述二极管D1的负极连接，所述双极晶体管NPN1的基极和集电极短接。
5.根据权利要求4所述的稳压器的控制电路，其特征在于，所述第二导通部包括第一P型场效应管PM1、第二P型场效应管PM2和第二电阻R2，所述第一P型场效应管PM1的源极以及所述第二P型场效应管PM2的源极分别与所述电荷泵连接；所述第一P型场效应管PM1的栅极与所述第二P型场效应管PM2的栅极连接，所述第一P型场效应管PM1的漏极与所述电流镜单元连接，所述第二P型场效应管PM2的漏极与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端分别与所述二极管D1的负极以及所述输出单元连接；所述第一P型场效应管PM1的栅极与漏极短接。
6.根据权利要求5所述的稳压器的控制电路，其特征在于，所述电流镜单元包括第一N型场效应管NM1、第二N型场效应管NM2和第三N型场效应管NM3，所述第一N型场效应管NM1的漏极和栅极分别与所述电流源连接，所述第二N型场效应管NM2的栅极、所述第三N型场效应管NM3的栅极以及所述输出单元分别与所述第一N型场效应管NM1的栅极连接；所述第二N型场效应管NM2的漏极与所述第三P型场效应管PM3的漏极连接；所述第三N型场效应管NM3的漏极与所述第一P型场效应管PM1的漏极连接；所述第一N型场效应管NM1的源极、所述第二N型场效应管NM2的源极以及所述第三N型场效应管NM3的源极分别接地。
7.根据权利要求6所述的稳压器的控制电路，其特征在于，所述输出单元包括第四N型场效应管NM4和第五N型场效应管NM5，所述第四N型场效应管NM4的栅极分别与所述双极晶体管NPN1的发射极以及所述二极管D1的负极连接；所述第四N型场效应管NM4的漏极与所述电荷泵连接；所述第五N型场效应管NM5的栅极分别与所述第一N型场效应管NM1的栅极、所述第二N型场效应管NM2的栅极以及所述第三N型场效应管NM3的栅极连接，所述第五N型场效应管NM5的源极接地；所述第四N型场效应管NM4的源极以及所述第五N型场效应管NM5的漏极作为输出单元的输出端。
8.一种PCB板，其特征在于，所述PCB板上印刷有如权利要求1至7任一项所述的稳压器的控制电路。
9.一种稳压器，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设置有如权利要求8所述的PCB板。
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