CN117270619B - 一种提高输出电压稳定性的电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池供电电路技术领域，公开了一种提高输出电压稳定性的电路结构，包括：低压差稳压器、稳定电容、稳定电阻和第一开关管；稳定电容与稳定电阻串联，且串联结构的一端与低压差稳压器的输出端相连；串联结构被配置为响应低压差稳压器的输出端的电压变化；第一开关管的控制端与稳定电阻靠近稳定电容的一端相连，第一开关管的第一端与稳定电阻的另一端相连；第一开关管被配置为在第一开关管的第一端与控制端之间的电压大于第一开关管的开启阈值电压的情况下，第一开关管导通；第一开关管的第一端与第二端中的一者被配置为接入电源，另一者与低压差稳压器的输出端相连。本发明可以提高输出电压的稳定性，保证电路安全可靠。

Description

一种提高输出电压稳定性的电路结构

技术领域

本发明涉及电池供电电路技术领域，具体涉及一种提高输出电压稳定性的电路结构。

背景技术

低压差稳压器（Low Dropout regulator，LDO）是常见的电池供电电路结构，其可以为用电负载提供比较稳定的直流电压。

但在用电负载中流过的电流突然增大，环路响应较慢时，低压差稳压器的输出电压会在一段时间内被拉低，这会影响输出电压的稳定性。若输出电压被拉的过低，还可能导致用电负载无法正常工作或者关机。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高输出电压稳定性的电路结构，以解决输出电压稳定性较差的问题。

第一方面，本发明提供了一种提高输出电压稳定性的电路结构，包括：低压差稳压器、稳定电容、稳定电阻和第一开关管；

所述稳定电容与所述稳定电阻串联，且串联结构的一端与所述低压差稳压器的输出端相连；所述串联结构被配置为响应所述低压差稳压器的输出端的电压变化；

所述第一开关管的控制端与所述稳定电阻靠近所述稳定电容的一端相连，所述第一开关管的第一端与所述稳定电阻的另一端相连；所述第一开关管被配置为在所述第一开关管的第一端与控制端之间的电压大于所述第一开关管的开启阈值电压的情况下，所述第一开关管导通；

所述第一开关管的第一端与第二端中的一者被配置为接入电源，另一者与所述低压差稳压器的输出端相连。

在一些可选的实施方式中，所述第一开关管为PNP型三极管或P型场效应管；

所述第一开关管的第一端被配置为接入电源，所述第一开关管的第二端与所述低压差稳压器的输出端相连；

所述稳定电容远离所述稳定电阻的一端与所述低压差稳压器的输出端相连。

在一些可选的实施方式中，所述第一开关管为NPN型三极管或N型场效应管；

所述第一开关管的第二端被配置为接入电源，所述第一开关管的第一端与所述低压差稳压器的输出端相连；

所述稳定电容远离所述稳定电阻的一端接地。

在一些可选的实施方式中，所述稳定电阻的阻值满足：

；

其中，R_x表示所述稳定电阻的阻值，表示预设的电流增大值，Ix表示所述第一开关管导通时的电流，Vthx表示所述第一开关管的开启阈值电压。

在一些可选的实施方式中，所述第一开关管为耗尽型MOS管。

在一些可选的实施方式中，电路结构还包括：电压采样电路和第二开关管；所述低压差稳压器中的采样电阻包括第一子电阻和第二子电阻，所述第一子电阻和第二子电阻串联，并接地；

所述电压采样电路的输入端与所述稳定电阻的两端相连，所述电压采样电路的输出端与所述第二开关管的控制端相连；所述电压采样电路输出的电压与所述稳定电阻两端的压差之间为正相关关系；

所述第二开关管的第一端与所述第二子电阻靠近所述第一子电阻的一端相连，所述第二开关管的第二端接地。

在一些可选的实施方式中，所述电压采样电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和运算放大器；

所述第一电阻的一端与所述稳定电阻的第一端相连，所述第一电阻的另一端与所述运算放大器的反相输入端相连；

所述第二电阻的一端与所述稳定电阻的第二端相连，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的同相输入端相连；其中，在所述电路结构的供电电流增大的情况下，所述稳定电阻的第一端电压小于所述稳定电阻的第二端电压；

所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端相连，所述第三电阻的另一端与所述运算放大器的输出端相连；

所述第四电阻的一端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述第四电阻的另一端接地；

所述运算放大器的输出端与所述第二开关管的控制端相连。

在一些可选的实施方式中，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻的阻值满足：

其中，R₁表示所述第一电阻的阻值，R₂表示所述第二电阻的阻值，R₃表示所述第三电阻的阻值，R₄表示所述第四电阻的阻值。

在一些可选的实施方式中，所述第一电阻的阻值R₁与所述第三电阻的阻值R₃相同；所述第二电阻的阻值R₂与所述第四电阻的阻值R₄相同。

在一些可选的实施方式中，所述稳定电阻的阻值满足：

；

其中，R_x表示所述稳定电阻的阻值，表示预设的输出电压增大值，Vthy表示所述第二开关管的开启阈值电压，esr₁为所述稳定电容中寄生电阻的阻值，/>。

第二方面，本发明提供了一种电池供电电路，包括：上述第一方面或其对应的任一实施方式的提高输出电压稳定性的电路结构。

本发明实施例提供的电路结构，为低压差稳压器的输出端增加第一开关管以及串联的稳定电容、稳定电阻，利用稳定电阻控制第一开关管是否导通；在电路结构的供电电流增大时，通过稳定电容和第一开关管可以提供额外电流，从而能够避免输出电压的减小值过大，提高了输出电压的稳定性，能够安全可靠地向用电负载供电。并且，当电压采样电路输出的电压大于该第二开关管的开启阈值电压时，可以使得第二开关管导通，采样电压迅速减小，运算放大器的输出端电压会迅速减小，开关管的栅源电压差迅速增大，从而能够迅速匹配部分增大的供电电流，减小输出电压在供电电流增大瞬间的减小值，能够进一步提高输出电压的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的低压差稳压器的一种结构示意图；

图2是根据本发明实施例的低压差稳压器供电电流电压的变化示意图；

图3是根据本发明实施例的电路结构的第一结构示意图；

图4是根据本发明实施例的电路结构的第二结构示意图；

图5是根据本发明实施例的电路结构的第三结构示意图；

图6是根据本发明实施例的电路结构的第四结构示意图；

图7是根据本发明实施例的电路结构的第五结构示意图；

图8是根据本发明实施例的电路结构的第六结构示意图。

附图标记说明：

100、低压差稳压器；C1、稳定电容；Rx、稳定电阻；Mx、第一开关管；200、电压采样电路；My、第二开关管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；A1、运算放大器；Rf2、采样电阻；Rf21、第一子电阻；Rf22、第二子电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

低压差稳压器可以作为一种电池供电电路，其具体结构可参见图1所示，其中的Vdd为电池电压，Vref为基准电压，M表示用电负载。如图1所示，该低压差稳压器包括开关管M0、运算放大器A0、电阻Rf1和电阻Rf2。该开关管M0为PNP型三极管或P型场效应管等，图1以开关管M0为P型场效应管为例示出。

如图1所示，开关管M0的源极用于接入电池电压Vdd，开关管M0的漏极依次串接电阻Rf1、电阻Rf2，并作为低压差稳压器的输出端，可以为用电负载M提供输出电压Vout；开关管M0的栅极与运算放大器A0的输出端相连。该运算放大器A0的反相输入端接入基准电压Vref，运算放大器A0的同相输入端与电阻Rf1、电阻Rf2的连接节点相连，该同相输入端的电压即为电阻Rf2所采集到的电压；本实施例中，将该电阻Rf2称为采样电阻，其采集到的电压称为采样电压Vfb。

在电池供电电路刚上电时，开关管M0处于关断状态，其输出电压Vout和采样电压Vfb均为低电平，即此时，采样电压Vfb小于基准电压Vref，运算放大器A0的输出电压Vg为低电平，即开关管M0的栅极电压为低电平，开关管M0导通；之后，输出电压Vout和采样电压Vfb渐渐升高，直至采样电压Vfb大于基准电压Vref，运算放大器A0的输出电压Vg变为高电平，使得开关管M0关断。因此，在运算放大器A0的调节下，当电池供电电路达到稳态时，采样电压Vfb等于基准电压Vref，即在稳态时，输出电压Vout满足下式（1）：

其中，R_f1表示电阻Rf1的阻值，R_f2表示采样电阻Rf2的阻值。

为了确保电池供电电路的工作效率，通常需要将电阻Rf1和采样电阻Rf2设计为大阻值电阻，故当电池供电电路正常工作时，可确保电阻Rf1和采样电阻Rf2中几乎不会流入电流，此时开关管M0中流过的电流等于其输出的供电电流Iout，该供电电流Iout也是低压差稳压器的输出电流。

故此时，若用电负载M中流过的供电电流Iout增大，则输出电压Vout会被拉低，运算放大器A0的输出电压Vg降低，开关管M0的栅源电压差增大，流过开关管M0的电流增大，从而匹配用电负载M中流过的供电电流Iout。但是，若供电电流Iout增大的速度过快，会使得环路响应的速度小于供电电流Iout增大的速度，运算放大器A0的输出电压Vg来不及降低，从而导致输出电压Vout在一段时间内会低于设定值，大大降低了输出电压的稳定性；此外，若输出电压Vout过低，可能会导致用电负载M无法正常工作或者关机。

其中，供电电流Iout与输出电压Vout的变化示意图可参见图2所示。如图2所示，若在时间t₀时供电电流Iout突然增大，这会导致输出电压Vout突然被拉低，之后逐渐恢复，其稳定性较差。

本发明实施例提供一种提高输出电压稳定性的电路结构，该电路结构可以在供电电流突然增大时，可以向低压差稳压器的输出端提供电流，从而能够尽量匹配增大的供电电流，避免输出电压的减小值过大，可以提高输出电压的稳定性，保证电路安全可靠。

在本实施例中提供了一种提高输出电压稳定性的电路结构，该电路结构可以构成电池供电电路。参见图3所示，该电路结构包括：低压差稳压器100、稳定电容C1、稳定电阻Rx和第一开关管Mx。其中，该低压差稳压器100的结构以及工作原理具体可参见图1所示的相关内容，此处不作赘述。

其中，稳定电容C1与稳定电阻Rx串联，且串联结构的一端与低压差稳压器100的输出端相连；该串联结构被配置为响应低压差稳压器100的输出端的电压变化。例如，参见图3所示，稳定电容C1与稳定电阻Rx串联，且稳定电容C1远离该稳定电阻Rx的一端与低压差稳压器100的输出端相连，使得稳定电容C1与稳定电阻Rx形成的串联结构可以响应低压差稳压器100的输出端的电压变化。

第一开关管Mx的控制端与稳定电阻Rx靠近稳定电容C1的一端相连，即稳定电阻Rx与稳定电容C1之间的连接节点，与该第一开关管Mx的控制端相连。第一开关管Mx的第一端与稳定电阻Rx的另一端相连；该第一开关管Mx被配置为在第一开关管Mx的第一端与控制端之间的电压大于第一开关管Mx的开启阈值电压的情况下，第一开关管Mx导通，即第一开关管Mx的第一端与第二端导通。

并且，第一开关管Mx的第一端与第二端中的一者被配置为接入电源，另一者与低压差稳压器100的输出端相连。可以理解，在第一开关管Mx导通时，该第一开关管Mx接入的电源可以向该低压差稳压器100的输出端提供电流。

本实施例中，该第一开关管Mx可以为场效应管，也可以为三极管；该第一开关管Mx具有三个端：控制端、第一端和第二端。其中，控制端主要用于控制第一开关管Mx是否导通，在第一开关管Mx导通时，其第一端与第二端之间导通，在第一开关管Mx关断时，其第一端与第二端之间关断。若该第一开关管Mx为场效应管，其栅极为控制端，源极和漏极可以作为第一端、第二端；若第一开关管Mx为三极管，其基极为控制端，集电极和发射极可以作为第一端、第二端。例如，参见图3所示，该第一开关管Mx为P型场效应管，其栅极与稳定电阻Rx的一端相连，源极与稳定电阻Rx的另一端相连，并接入电源Vdd，漏极与低压差稳压器100的输出端相连。其中，第一开关管Mx所接入的电源，与低压差稳压器100所接入的电源，可以是同一个电源。

该电路结构可用于向用电负载M供电，且该电路结构的工作原理如下：

在该电路结构向用电负载M供电，并处于稳定状态时，低压差稳压器100输出端的输出电压Vout和输出电流Iout基本不变。稳定电容C1两个极板处的电压均为固定值，因此，稳定电容C1没有电流流过，故稳定电阻Rx两端的压差为0，即第一开关管Mx的第一端与控制端之间的电压为0，第一开关管Mx处于关断状态。故在稳定状态时，稳定电容C1与稳定电阻Rx形成的串联结构以及第一开关管Mx均没有电流流过，即稳定电容C1、稳定电阻Rx和第一开关管Mx均不影响低压差稳压器100的输出；此时，该电路结构向用电负载M提供的供电电流Im为低压差稳压器100的输出电流Iout。

当用电负载M的供电电流Im突然增大时，由于低压差稳压器100的环路响应速度较慢，其无法快速调节输出电流Iout至匹配增大的供电电流Im，导致低压差稳压器100的输出电压Vout降低。此时，降低的输出电压Vout，会使得与低压差稳压器100的输出端相连的稳定电容C1产生电流，从而使得稳定电阻Rx两端形成压差，即第一开关管Mx的第一端与控制端之间存在非零的电压。若稳定电阻Rx两端的压差大于该第一开关管Mx的开启阈值电压Vthx，则该第一开关管Mx导通，从而可以利用与该第一开关管Mx相连的电源Vdd向用电负载M提供额外电流Ix。

并且，在输出电压Vout降低时，由于稳定电容C1的极板电压高于降低后的输出电压Vout，故稳定电容C1可以产生流向低压差稳压器100输出端的电流，即稳定电容C1也可向用电负载M提供额外电流IC1。

如图3所示，当用电负载M的供电电流Im突然增大后，该供电电流Im包括低压差稳压器100的输出电流Iout、稳定电容C1提供的额外电流IC1、以及流经第一开关管Mx的额外电流Ix。因此，当用电负载M的供电电流Im突然增大时，可以通过稳定电容C1和第一开关管Mx提供额外电流，从而可以降低输出电压Vout的减小值。

此外，在该电路结构调节完成后，该电路结构可以恢复正常工作状态，能够向用电负载M电池提供更大的供电电流Im；并且，此时的稳定电容C1、稳定电阻Rx、第一开关管Mx均不会对该电路结构产生影响。

本实施例提供的一种提高输出电压稳定性的电路结构，为低压差稳压器100的输出端增加第一开关管Mx以及串联的稳定电容C1、稳定电阻Rx，利用稳定电阻Rx控制第一开关管Mx是否导通；在电路结构的供电电流增大时，通过稳定电容C1和第一开关管Mx可以提供额外电流，从而能够避免输出电压Vout的减小值过大，提高了输出电压Vout的稳定性，能够安全可靠地向用电负载M供电。

在一些可选的实施方式中，第一开关管Mx为PNP型三极管，或者P型场效应管。

参见图4所示，该第一开关管Mx的第一端被配置为接入电源Vdd，第一开关管Mx的第二端与低压差稳压器100的输出端相连；并且，稳定电容C1远离稳定电阻Rx的一端与低压差稳压器100的输出端相连。

本实施例中，第一开关管Mx的第一端接入电源Vdd，相应地，与该第一端相连的稳定电阻Rx也接入该电源Vdd，该稳定电阻Rx的另一端与稳定电容C1相连，稳定电容C1远离稳定电阻Rx的一端与低压差稳压器100的输出端相连。例如，若该第一开关管Mx为P型场效应管，则该第一开关管Mx的源极为第一端，与电源Vdd相连；第一开关管Mx的漏极为第二端，与低压差稳压器100的输出端相连。若该第一开关管Mx为PNP型三极管，则该第一开关管Mx的发射极为第一端，与电源Vdd相连；第一开关管Mx的集电极为第二端，与低压差稳压器100的输出端相连。

当因供电电流Im增大而导致稳定电容C1产生流向用电负载M的额外电流IC1时，稳定电阻Rx中流过的电流也是该额外电流IC1，稳定电阻Rx两端形成压差，使得第一开关管Mx的第一端与控制端之间存在电压差，进而能够导通该第一开关管Mx。

其中，由于稳定电容C1本身存在寄生电阻，为方便描述，图4中示出了该寄生电阻esr1，该电路结构的工作原理具体如下：

在该电路结构向用电负载M供电，并处于稳定状态时，该电路结构可以向用电负载M提供稳定的供电电流Im，且其也是低压差稳压器100的输出电流Iout。为方便描述，将稳定状态时的供电电流记为I1。

当供电电流Im突然从I1增加到I2时，由于低压差稳压器100的环路响应速度较慢，其开关管M0无法被调节至匹配增大的供电电流Im，导致低压差稳压器100的输出电压Vout降低。此时，稳定电容C1的下极板电压（即稳定电容C1远离稳定电阻Rx的一端的电压）仍然为降低之前的输出电压，其高于此时降低后的输出电压Vout，故稳定电容C1的下极板产生流向用电负载M的电流IC1；并且，稳定电阻Rx两端产生压差，第一开关管Mx的控制端电压Vgx低于第一开关管Mx的第一端电压，使得第一开关管Mx导通，此时第一开关管Mx也可以向用电负载M供电。

在供电电流Im增大的瞬间，输出电压Vout突然降低，但由于环路响应速度较慢，来不及调节开关管M0，故可认为此时由低压差稳压器100提供的输出电流Iout不变，或者说，可以暂时忽略输出电流Iout的变化。假设第一开关管Mx导通时的电流为Ix，那么稳定电容C1中流过的电流IC1可表示为I2-I1-Ix，由于稳定电容C1的上极板与稳定电阻Rx串联连接，故此时，稳定电容C1上极板电压（即稳定电容C1靠近稳定电阻Rx的一端的电压）降低，其中，R_x表示稳定电阻Rx的阻值。并且，如图4所示，忽略稳定电容C1两端的压差变化（例如，可以选用容量较大的稳定电容C1），故此时，稳定电容C1下极板的电压也降低/>，且由于稳定电容C1的下极板串联有寄生电阻esr1，因此，低压差稳压器100输出端的输出电压Vout在供电电流Im增大瞬间的减小值/>为：，该esr₁表示寄生电阻esr1的阻值。

由上述分析可知，当供电电流Im突然增加后，由于稳定电容C1和第一开关管Mx可以提供电流，尽量匹配增大的供电电流Im，从而能够减小输出电压Vout的减小值；并且，为了有效减小输出电压Vout的减小值，可以采用较大宽长比的第一开关管Mx，以增大其导通时的电流Ix；也可以采用较小阻值的稳定电阻Rx，这样也可以尽量减小输出电压Vout的减小值/>，从而提高输出电压的稳定性。

并且，为了确保第一开关管Mx能够正常导通，需要使得电流Ix和稳定电阻Rx的阻值满足：，其中，Vthx是第一开关管Mx的开启阈值电压。其中，由于/>为输出电压Vout的波动，即输出电压Vout的波动会大于第一开关管Mx的开启阈值电压Vthx；因此，为了减小输出电压Vout的波动，可以使用开启阈值电压较小的开关管，例如，第一开关管Mx可以为耗尽型MOS管。

本实施例中，可以基于稳定电阻Rx的阻值需要满足的上述式子，选取合适阻值的稳定电阻Rx。具体地，以表示预设的电流增大值，则该稳定电阻Rx的阻值R_x可以满足下式（2）：

（2）

其中，该具体可以表示供电电流Im所增加电流值的一个阈值。若供电电流Im增加较小，其未超过/>，则第一开关管Mx不导通，此时只基于稳定电容C1提供额外电流IC1；若供电电流Im增加较大，其超过/>，阻值满足上式（2）的稳定电阻Rx能够使得第一开关管Mx导通，此时稳定电容C1和第一开关管Mx均可提供额外电流，能够保证输出电压Vout的稳定性。

在一些可选的实施方式中，第一开关管Mx为NPN型三极管，或者N型场效应管。

参见图5所示，第一开关管Mx的第二端被配置为接入电源，第一开关管Mx的第一端与低压差稳压器100的输出端相连；并且，稳定电容C1远离稳定电阻Rx的一端接地。

本实施例中，第一开关管Mx的第二端接入电源Vdd，第一端与低压差稳压器100的输出端相连，相应地，与该第一端相连的稳定电阻Rx也与低压差稳压器100的输出端相连，该稳定电阻Rx的另一端与稳定电容C1相连，且稳定电容C1远离稳定电阻Rx的一端接地。例如，若该第一开关管Mx为N型场效应管，则该第一开关管Mx的源极为第一端，与低压差稳压器100的输出端相连；第一开关管Mx的漏极为第二端，电源Vdd相连。若该第一开关管Mx为NPN型三极管，则该第一开关管Mx的发射极为第一端，第一开关管Mx的集电极为第二端。

当因供电电流Im增大而导致稳定电容C1产生流向用电负载M的额外电流IC1时，使得稳定电阻Rx流过的电流也是该额外电流IC1，稳定电阻Rx两端形成压差，使得第一开关管Mx的控制端与第一端之间存在电压差，进而能够导通该第一开关管Mx。

其中，由于稳定电容C1本身存在寄生电阻，为方便描述，图5中示出了该寄生电阻esr1，与上述图4所示的电路结构相似，图5所示的电路结构的工作原理具体如下：

在该电路结构向用电负载M供电，并处于稳定状态时，该电路结构可以向用电负载M提供稳定的供电电流Im，且其也是低压差稳压器100的输出电流Iout。为方便描述，将稳定状态时的供电电流记为I1。

当供电电流Im突然从I1增加到I2时，由于低压差稳压器100的环路响应速度较慢，其开关管M0无法被调节至匹配增大的供电电流Im，导致低压差稳压器100的输出电压Vout降低。此时，稳定电容C1的上极板电压（即稳定电容C1靠近稳定电阻Rx的一端的电压）仍然为降低之前的输出电压，其高于此时降低后的输出电压Vout，故稳定电容C1的上极板产生流向用电负载M的电流IC1；并且，稳定电阻Rx两端产生压差，第一开关管Mx的控制端电压Vgx高于第一开关管Mx的第一端电压，使得第一开关管Mx导通，此时第一开关管Mx也可以向用电负载M供电。

假设第一开关管Mx导通时的电流为Ix，那么稳定电容C1中流过的电流IC1可表示为I2-I1-Ix，由于稳定电容C1的下极板与寄生电阻esr1串联连接，故此时，稳定电容C1下极板电压（即稳定电容C1远离稳定电阻Rx的一端的电压）降低，其中，esr₁表示寄生电阻esr1的阻值。并且，如图5所示，忽略稳定电容C1两端的压差变化（例如，可以选用容量较大的稳定电容C1），故此时，稳定电容C1上极板的电压也降低/>，且由于稳定电容C1的上极板与稳定电阻Rx串联，因此，低压差稳压器100输出端的输出电压Vout在供电电流Im增大瞬间的减小值/>也为：。

与上述图4所示的电路结构相似，当供电电流Im突然增加后，由于稳定电容C1和第一开关管Mx可以提供电流，尽量匹配增大的供电电流Im，从而能够减小输出电压Vout的减小值；并且，为了有效减小输出电压Vout的减小值，可以采用较大宽长比的第一开关管Mx，以增大其导通时的电流Ix；也可以采用较小阻值的稳定电阻Rx，这样也可以尽量减小输出电压Vout的减小值/>，从而提高输出电压的稳定性。

并且，为了确保第一开关管Mx能够正常导通，需要使得电流Ix和稳定电阻Rx的阻值满足：，其中，Vthx是第一开关管Mx的开启阈值电压。其中，由于/>为输出电压Vout的波动，即输出电压Vout的波动会大于第一开关管Mx的开启阈值电压Vthx；因此，为了减小输出电压Vout的波动，可以使用开启阈值电压较小的开关管，例如，第一开关管Mx可以为耗尽型MOS管。

此外，本实施例中，也可以基于上式（2）选取阻值合适的稳定电阻Rx，在此不作赘述。

在本实施例中提供了一种提高输出电压稳定性的电路结构，该电路结构可以构成电池供电电路。参见图6所示，该电路结构包括上述实施例所示的低压差稳压器100、稳定电容C1、稳定电阻Rx和第一开关管Mx；并且，为了进一步提高输出电压的稳定性，该电路结构还包括：电压采样电路200和第二开关管My。此外，如图6所示，该低压差稳压器100中的采样电阻Rf2包括第一子电阻Rf21和第二子电阻Rf22，第一子电阻Rf21和第二子电阻Rf22串联，并接地。

具体地，可以参照图1和图6所示，低压差稳压器100中的采样电阻Rf2用于采集需要输入至运算放大器A0同相输入端的采样电压Vfb。本实施例中，以至少两个电阻表示该采样电阻Rf2，即采样电阻Rf2包括串联的第一子电阻Rf21和第二子电阻Rf22，且二者形成的串联结构接地。如图6所示，第二子电阻Rf22的一端接地。

本实施例中，该电压采样电路200的输入端与稳定电阻Rx的两端相连，电压采样电路200的输出端与第二开关管My的控制端相连；电压采样电路200输出的电压与稳定电阻Rx两端的压差之间为正相关关系。第二开关管My的第一端与第二子电阻Rf22靠近第一子电阻Rf21的一端相连，第二开关管My的第二端接地。其中，该第二开关管My被配置为，在第二开关管My的控制端电压大于第二开关管My的开启阈值电压Vthy的情况下，第二开关管My导通。

具体地，该电压采样电路200可以采集稳定电阻Rx两端的压差，并输出相应的电压。如图6所示，设稳定电阻Rx两端的电压分别为V1和V2，该电压采样电路200可以采集两个电压V1和V2之间的压差，并输出与该压差具有正相关关系的电压Vy，即稳定电阻Rx两端的压差越大，电压采样电路200输出的电压Vy也越大。

以图6所示结构为例，当因供电电流Im增大而导致稳定电容C1产生流向用电负载M的电流IC1时，该电流IC1使得稳定电阻Rx上端的电压V2大于下端的电压V1，稳定电阻Rx两端的压差为V2-V1；电压采样电路200能够采集到该压差V2-V1，且压差V2-V1越大，其输出的电压Vy也越大。

因此，当电压采样电路200输出的电压Vy大于该第二开关管My的开启阈值电压Vthy时，可以使得第二开关管My导通，此时第二子电阻Rf22被短路，采样电压Vfb从迅速减小为/>。而采样电压Vfb接入运算放大器A0的正相输入端，故此时，运算放大器A0的输出电压Vg会迅速减小，开关管M0的栅源电压差迅速增大，从而能够迅速匹配部分增大的供电电流Im，减小输出电压Vout在供电电流Im增大瞬间的减小值，进一步提高了输出电压的稳定性。

其中，该第二开关管My为NPN型三极管，或者N型场效应管。例如，如图6所示，该第二开关管My为N型场效应管，其栅极与电压采样电路200的输出端相连，漏极与第二子电阻Rf22的一端相连，源极接地。

在一些可选的实施方式中，参见图7和图8所示，该电压采样电路200包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和运算放大器A1。

如图7所示，该第一电阻R1的一端与稳定电阻Rx的第一端相连，第一电阻R1的另一端与运算放大器A1的反相输入端相连。第二电阻R2的一端与稳定电阻Rx的第二端相连，第二电阻R2的另一端与运算放大器A1的同相输入端相连；其中，在电路结构的供电电流Im增大的情况下，稳定电阻Rx的第一端电压小于稳定电阻Rx的第二端电压，即此时存在从稳定电阻Rx的第二端流向第一端的电流，该电流即为电流IC1。第三电阻R3的一端与运算放大器A1的反相输入端相连，第三电阻R3的另一端与运算放大器A1的输出端相连。第四电阻R4的一端与运算放大器A1的同相输入端相连，第四电阻R4的另一端接地。并且，运算放大器A1的输出端与第二开关管My的控制端相连，以向第二开关管My的控制端输出相应的电压Vy。

本实施例中，将稳定电阻Rx的两端分别称为第一端、第二端，且在供电电流Im增大时，该稳定电阻Rx的第一端电压小于稳定电阻Rx的第二端电压。以图7所示电路结构为例，当因供电电流Im增大而导致稳定电容C1产生流向用电负载M的电流IC1时，该电流IC1使得稳定电阻Rx上端的电压V2大于下端的电压V1，故此时该稳定电阻Rx的上端为第二端，下端为第一端。类似地，对于图8所示的电路结构，稳定电阻Rx的下端为第二端，上端为第一端。

本实施例中，该图7所示的电路结构的工作原理具体如下：

当供电电流Im突然增大时，稳定电容C1、稳定电阻Rx和第一开关管Mx的工作原理具体可参见图4所示实施例的相关内容，在此不做赘述。并且，当供电电流Im突然增大时，稳定电阻Rx两端产生压差，且其上端的电压V2大于下端的电压V1。

如图7所示，设第一电阻R1与第三电阻R3之间的电压为V3，即运算放大器A1的反相输入端的电压为V3，第二电阻R2与第四电阻R4之间的电压为V4，即运算放大器A1的同相输入端的电压为V4。由于运算放大器A1的输入端不流入电流，故第二电阻R2和第四电阻R4的电流相同，第二电阻R2两端的电压V2和V4满足：。同样，由于运算放大器A1的输入端不流入电流，因此，流过第一电阻R1的电流和流过第三电阻R3的电流也相等，即此时，/>，故：/>。

其中，R₁表示第一电阻R1的阻值，R₂表示第二电阻R2的阻值，R₃表示第三电阻R3的阻值，R₄表示第四电阻R4的阻值。

并且，在运算放大器A1的调节下，可以使得运算放大器A1的两个输入端的电压相等，即。将其代入上述电压Vy的等式，可得：

（3）

整理上式（3），可得：

（4）

由此可得：

（5）

基于上式（5）可知，当供电电流Im突然增大时，该运算放大器A1输出的电压Vy与电压V2以及稳定电阻Rx两端的压差(V2-V1)有关；如图7所示，该电压V2为电源Vdd，如图8所示，该电压V2为稳定电容C1提供的电压，故当供电电流Im突然增大时，该电压V2基本保持不变，故运算放大器A1输出的电压Vy主要与稳定电阻Rx两端的压差(V2-V1)有关，且压差(V2-V1)越大，运算放大器A1输出的电压Vy也越大。

此外，在该电路结构调节完成后，该电路结构可以恢复正常工作状态，能够向用电负载M提供更大的供电电流Im；并且，此时的稳定电容C1、稳定电阻Rx、第一开关管Mx、运算放大器A1以及第二开关管My均不会对该电路结构产生影响。

其中，若第一开关管Mx为NPN型三极管，或者N型场效应管，此时的电路结构可参见图8所示，该电压采样电路200的工作原理与图7所示实施例的工作原理相同，此处不作赘述。

可选地，为降低电压V2对运算放大器A1输出的电压Vy的影响，并确保该电路结构正常工作时，第二开关管My处于关断状态，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值可以满足：。

基于上式（5）可知，此时的电压Vy满足：，即运算放大器A1输出的电压Vy只与稳定电阻Rx两端的压差(V2-V1)有关，且二者为正比例关系。

可选地，第一电阻R1的阻值R₁与第三电阻R3的阻值R₃相同，此时：，即运算放大器A1输出的电压Vy等于稳定电阻Rx两端的压差。并且，第二电阻R2的阻值R₂与第四电阻R4的阻值R₄相同，以能够去除电压V2的影响。

此外可选地，第二开关管My导通的临界条件为Vy=Vthy，故需要Vy≥Vthy，其中，Vthy为第二开关管My的开启阈值电压。本实施例中，假设输出电压Vout的减小值为，那么：/>，稳定电阻Rx两端的压差/>。

因此，在的情况下，/>。令/>，则/>。故第二开关管My导通的条件为：/>。

因此，可以预先设置输出电压的增大值，基于此可以选取合适阻值的稳定电阻Rx，以保证第二开关管My能够导通。具体地，变换上述第二开关管My导通的条件，即可得：

（6）

其中，若第一电阻R1的阻值R₁与第三电阻R3的阻值R₃相同，即a=1，此时只有在时才可导通第二开关管My，故第二开关管My的开启阈值电压Vthy可以尽可能小，第二开关管My可以使用开启阈值电压较小的开关管，例如，第二开关管My可以为耗尽型MOS管。

本实施例中，当输出电压Vout的减小值大于/>时，第二开关管My导通，采样电压Vfb迅速减小，运算放大器A0的输出电压Vg能够被快速调节到一个较小的值，开关管M0的栅源电压差迅速增大，从而迅速匹配部分增大的供电电流Im，减小输出电压Vout在供电电流Im增大瞬间的减小值，确保减小值小于/>，可以进一步提高了输出电压的稳定性。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种提高输出电压稳定性的电路结构，其特征在于，包括：低压差稳压器（100）、稳定电容C1、稳定电阻Rx、第一开关管Mx、电压采样电路（200）和第二开关管My；所述低压差稳压器（100）中的采样电阻Rf2包括第一子电阻Rf21和第二子电阻Rf22，所述第一子电阻Rf21和第二子电阻Rf22串联，并接地；

所述稳定电容C1与所述稳定电阻Rx串联，且串联结构的一端与所述低压差稳压器（100）的输出端相连；所述串联结构被配置为响应所述低压差稳压器（100）的输出端的电压变化；

所述第一开关管Mx的控制端与所述稳定电阻Rx靠近所述稳定电容C1的一端相连，所述第一开关管Mx的第一端与所述稳定电阻Rx的另一端相连；所述第一开关管Mx被配置为在所述第一开关管Mx的第一端与控制端之间的电压大于所述第一开关管Mx的开启阈值电压的情况下，所述第一开关管Mx导通；

所述第一开关管Mx的第一端与第二端中的一者被配置为接入电源，另一者与所述低压差稳压器（100）的输出端相连；

所述电压采样电路（200）的输入端与所述稳定电阻Rx的两端相连，所述电压采样电路（200）的输出端与所述第二开关管My的控制端相连；所述电压采样电路（200）输出的电压与所述稳定电阻Rx两端的压差之间为正相关关系；

所述第二开关管My的第一端与所述第二子电阻Rf22靠近所述第一子电阻Rf21的一端相连，所述第二开关管My的第二端接地；其中，所述第二开关管My被配置为，在所述第二开关管My的控制端电压大于所述第二开关管My的开启阈值电压的情况下，所述第二开关管My导通。

2.根据权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述第一开关管Mx为PNP型三极管或P型场效应管；

所述第一开关管Mx的第一端被配置为接入电源，所述第一开关管Mx的第二端与所述低压差稳压器（100）的输出端相连；

所述稳定电容C1远离所述稳定电阻Rx的一端与所述低压差稳压器（100）的输出端相连。

3.根据权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述第一开关管Mx为NPN型三极管或N型场效应管；

所述第一开关管Mx的第二端被配置为接入电源，所述第一开关管Mx的第一端与所述低压差稳压器（100）的输出端相连；

所述稳定电容C1远离所述稳定电阻Rx的一端接地。

4.根据权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述稳定电阻Rx的阻值满足：

；

其中，R_x表示所述稳定电阻Rx的阻值，表示预设的电流增大值，Ix表示所述第一开关管Mx导通时的电流，Vthx表示所述第一开关管Mx的开启阈值电压。

5.根据权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述第一开关管Mx为耗尽型MOS管。

6.根据权利要求1所述的电路结构，其特征在于，所述电压采样电路（200）包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和运算放大器A1；

所述第一电阻R1的一端与所述稳定电阻Rx的第一端相连，所述第一电阻R1的另一端与所述运算放大器A1的反相输入端相连；

所述第二电阻R2的一端与所述稳定电阻Rx的第二端相连，所述第二电阻R2的另一端与所述运算放大器A1的同相输入端相连；其中，在所述电路结构的供电电流增大的情况下，所述稳定电阻Rx的第一端电压小于所述稳定电阻Rx的第二端电压；

所述第三电阻R3的一端与所述运算放大器A1的反相输入端相连，所述第三电阻R3的另一端与所述运算放大器A1的输出端相连；

所述第四电阻R4的一端与所述运算放大器A1的同相输入端相连，所述第四电阻R4的另一端接地；

所述运算放大器A1的输出端与所述第二开关管My的控制端相连。

7.根据权利要求6所述的电路结构，其特征在于，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3和所述第四电阻R4的阻值满足：

其中，R₁表示所述第一电阻R1的阻值，R₂表示所述第二电阻R2的阻值，R₃表示所述第三电阻R3的阻值，R₄表示所述第四电阻R4的阻值。

8.根据权利要求7所述的电路结构，其特征在于，所述第一电阻R1的阻值R₁与所述第三电阻R3的阻值R₃相同；所述第二电阻R2的阻值R₂与所述第四电阻R4的阻值R₄相同。

9.根据权利要求7所述的电路结构，其特征在于，所述稳定电阻Rx的阻值满足：

；

其中，R_x表示所述稳定电阻Rx的阻值，表示预设的输出电压增大值，Vthy表示所述第二开关管My的开启阈值电压，esr₁为所述稳定电容C1中寄生电阻的阻值，/>。

10.一种电池供电电路，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的提高输出电压稳定性的电路结构。