CN117472139A - 新型且无贯通电流的ldo功率管驱动电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路与电子设备，涉及集成电路技术领域。该新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路包括误差放大器、输出控制模块、反馈模块以及贯通电流防止模块，误差放大器的输出端与输出控制模块电连接，输出控制模块分别与反馈模块、贯通电流防止模块电连接，反馈模块还与误差放大器的第一输入端电连接，误差放大器的第二输入端用于输入参考电压；其中，误差放大器用于依据反馈模块的反馈电压以及参考电压输出差分放大信号；输出控制模块用于依据差分放大信号输出电压；贯通电流防止模块用于防止输出控制模块产生贯通电流。本申请具有防止了贯通电路的产生，且可以提升电池寿命的效果。

Description

新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路与电子设备

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，具体而言，涉及一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路与电子设备。

背景技术

LDO 是一种线性稳压器，线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 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。

在LDO实际应用中，可能会到当VOUT和VIN很接近或者VIN略低于VOUT的情况，此时由于VOUT电压达不到设定的电压值，整个LDO的环路会努力工作，使得EA_OUT信号为高，功率管被充分打开，电路中产生较大的电流，出现闩锁效应，大幅降低电池的使用时间。

综上，现有技术中LDO工作时可能出现较大的贯通电流，降低电池使用时间的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路与电子设备，以解决现有技术中存在的LDO工作是可能出现较大的贯通电流，降低电池使用时间的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，所述新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路包括误差放大器、输出控制模块、反馈模块以及贯通电流防止模块，所述误差放大器的输出端与所述输出控制模块电连接，所述输出控制模块分别与所述反馈模块、所述贯通电流防止模块电连接，所述反馈模块还与所述误差放大器的第一输入端电连接，所述误差放大器的第二输入端用于输入参考电压；其中，

所述误差放大器用于依据所述反馈模块的反馈电压以及所述参考电压输出差分放大信号；

所述输出控制模块用于依据所述差分放大信号输出电压；

所述贯通电流防止模块用于防止所述输出控制模块产生贯通电流。

可选地，所述输出控制模块包括第一功率管与第一电流镜单元，所述第一功率管的第一端分别与所述第一电流镜单元、所述贯通电流防止模块电连接，所述第一功率管的第二端接地，所述第一功率管的栅极与所述误差放大器的输出端电连接。

可选地，所述第一电流镜单元包括P型的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管的源极均连接于电源，所述第一开关管与所述第二开关管的栅极均与所述第一功率管的第一端电连接，所述第一开关管与所述第二开关管的漏极均与所述贯通电流防止模块电连接，所述贯通电流防止模块还与所述第一功率管的第一端电连接。

可选地，所述贯通电流防止模块包括第二功率管与第二电流镜单元，所述第二电流镜单元分别与所述第一功率管、所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第二功率管电连接，所述第二功率管还接地。

可选地，所述第二电流镜单元包括第三开关管与第四开关管，所述第三开关管、所述第四开关管的源极分别与所述第一开关管、所述第二开关管的漏极电连接，所述第三开关管与所述第四开关管的栅极互连，并连接于所述第四开关管的漏极，所述第三开关管的漏极与所述第一功率管的第一端电连接，所述第四开关管的漏极还与所述第二功率管连接。

可选地，所述第二功率管为N型管，所述第二功率管的漏极与所述第二电流镜单元电连接，所述第二功率管的源极接地，所述第二功率管的栅极接收偏置电压。

可选地，当所述第一功率管为N型管时，所述第一功率管的漏极与所述第一电流镜单元电连接，且源极接地；

当所述第一功率管为P型管时，所述第一功率管的源极与所述第一电流镜单元电连接，且漏极接地。

可选地，所述新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路还包括高压管，所述第一功率管采用低压管，所述高压管的第一端与所述第一电流镜单元电连接，第二端与所述第一功率管电连接，所述高压管的栅极用于连接驱动电路。

可选地，所述高压管的栅极电压大于5V，所述第一功率管的栅极电压小于5V。

另一方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路。

相对于现有技术，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路与电子设备，该新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路包括误差放大器、输出控制模块、反馈模块以及贯通电流防止模块，误差放大器的输出端与输出控制模块电连接，输出控制模块分别与反馈模块、贯通电流防止模块电连接，反馈模块还与误差放大器的第一输入端电连接，误差放大器的第二输入端用于输入参考电压；其中，误差放大器用于依据反馈模块的反馈电压以及参考电压输出差分放大信号；输出控制模块用于依据差分放大信号输出电压；贯通电流防止模块用于防止输出控制模块产生贯通电流。由于本申请提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路中设置有贯通电流防止模块，其可以防止输出控制模块产生贯通电流，进而可提升电池使用寿命。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为现有技术中LDO电路的一种电路示意图。

图2为现有技术中LDO电路的另一种电路示意图。

图3为本申请实施例提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的模块示意图。

图4为本申请实施例提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的一种电路示意图。

图5为本申请实施例提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的另一种电路示意图。

图中：

110-误差放大器；120-输出控制模块；130-反馈模块；140-贯通电流防止模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术中所述，现有的LDO中，在特殊的工况下工作时，可能产生较大的贯通电流，可能存在latch up（闩锁效应）风险的同时，也会大幅降低电池的使用时间。

例如，请参阅图1 ，为现有技术中LDO的一种电路示意图，其中，新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路包括误差放大器，输出电路10以及反馈回路20，误差放大器的同相输入端与反馈回路20电连接，反相输入端连接参考电压，输出端连接输出电路10，输出端10包括功率管MP1以及电流镜，电流镜包括开关管MP2与MP3，开关管MP3的漏极作为LDO的电压输出端，且开关管MP3的漏极与反馈回路20相连。

当然地，如图2 所示，功率管MP1也可以采用N型管，当采用功率管MN1时，其源极接地，漏极连接开关管MP2的漏极。

以图2 为例，反馈回路通过分压电阻R1与R2组成，R1与R2通过分压实现输出端的电压采样，并将电压反馈至误差放大器，误差放大器的输出端信号VEA传输至功率管MN1的栅极，并通过功率管MN1与开关管MP2组成的电路驱动开关管MP3， 使得整个LDO电路有稳定的输出。

具体而言，在工作时，当电源电压VIN以很快的速率从某一个值阶跃上升到另一个值时，由于阶跃前的LDO电路工作在线性(dropout)区，LDO电路的输出电压始终跟随电源电压VIN，开关管MP3的栅极电压维持在较低水平，而开关管MP3的栅极电压上升需要误差放大器构成的环路响应来实现，环路响应速度往往低于电源电压VIN的阶跃速度，因此开关管MP3保持一段时间的开启状态，导致LDO电路的输出电压一直跟随电源电压VIN，直至环路响应过来。

当处于特殊的电池应用场合时，可能会出现VOUT和VIN很接近或者VIN略低于VOUT的情况，此时，由于VOUT电压达不到设定的电压值，整个LDO的环路会努力工作，使得误差放大器的输出信号VEA为高，使得功率管MN1充分打开，此时就会导致开关管MP2的V_GS和V_DS电压偏大，导致由功率管MN1和开关管MP2组成的驱动电路产生VIN端到地之间的上mA级别的贯通电流，该电流方向如图2中箭头A所示，有latch up（闩锁效应）风险的同时，也会大幅降低电池的使用时间。

有鉴于此，为了解决上述问题，本申请提供了一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，通过设置贯通电流防止模块，防止出现贯通电流的情况。

下面对本申请提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路进行示例性说明：

作为一种可选的实现方式，请参阅图3，该新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路包括误差放大器110、输出控制模块120、反馈模块130以及贯通电流防止模块140，误差放大器110的输出端与输出控制模块120电连接，输出控制模块120分别与反馈模块130、贯通电流防止模块140电连接，反馈模块130还与误差放大器110的第一输入端电连接，误差放大器110的第二输入端用于输入参考电压；其中，误差放大器110用于依据反馈模块130的反馈电压以及参考电压输出差分放大信号；输出控制模块120用于依据差分放大信号输出电压；贯通电流防止模块140用于防止输出控制模块120产生贯通电流。

由于本申请提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路中包括贯通电流防止模块140，其可以防止输出控制模块120产生贯通电流，因此即使当电池应用于一特殊的工况时，例如VOUT和VIN很接近或者VIN略低于VOUT的情况，整个LDO的环路调制，使得消除了输出功率管的驱动电路的贯通电流，既没有latch up的风险，同时也不会影响电池的使用时间。

作为一种可选的实现方式，请参阅图4，该输出控制模块120包括第一功率管N1与第一电流镜单元，第一功率管N1的第一端、第二端分别与第一电流镜单元、地电压相连，第一功率管N1的栅极与误差放大器110的输出端电连接。

输出控制模块120包括第一功率管N1与第一电流镜单元，第一功率管N1的第一端分别与第一电流镜单元、贯通电流防止模块140电连接，第一功率管N1的第二端接地，第一功率管N1的栅极与误差放大器110的输出端电连接。

需要说明是，本申请并不对第一功率管N1的类型进行限定，其可以选用N型晶体管，也可以采用P型晶体管，当第一功率管N1为N型管时，第一功率管N1的漏极与第一电流镜单元电连接，且源极接地；当第一功率管N1为P型管时，第一功率管N1的源极与第一电流镜单元电连接，且漏极接地。图4以N型晶体管为例。

第一电流镜单元包括P型的第一开关管P1与第二开关管P2，第一开关管P1与第二开关管P2的源极均连接于电源，第一开关管P1与第二开关管P2的栅极均与第一功率管N1的第一端电连接，第一开关管P1与第二开关管P2的漏极均与贯通电流防止模块140电连接，贯通电流防止模块140还与第一功率管N1的第一端电连接。

贯通电流防止模块140包括第二功率管N2与第二电流镜单元，第二电流镜单元分别与第一功率管N1、第一开关管P1、第二开关管P2以及第二功率管N2电连接，第二功率管N2还接地。

其中，第二电流镜单元包括P型的第三开关管P3与第四开关管P4，第三开关管P3、第四开关管P4的源极分别与第一开关管P1、第二开关管P2的漏极电连接，第三开关管P3与第四开关管P4的栅极互连，并连接于第四开关管P4的漏极，第三开关管P3的漏极与第一功率管N1的第一端电连接，第四开关管P4的漏极还与第二功率管N2连接。并且，第二功率管N2为N型管，第二功率管N2的漏极与第二电流镜单元电连接，第二功率管N2的源极接地，第二功率管N2的栅极接收偏置电压。

下面对本申请提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的工作原理及对应的效果进行说明：

结合图2所述，在现有的LDO电路中，当VIN电压较高时，开关管MP3的VDS电压会大幅超过5v，但是开关管MP2的VGS和VDS电压会被钳位到5v左右，导致开关管MP2与开关管MP3的输出电流镜像比例不准确；当VIN电压和VOUT电压接近，且负载较重时，开关管MP2的VDS电压较高，而开关管MP3的VDS较低，也会导致驱动级电路的采样电流和输出功率管的输出电流镜像比例不准确。

此外，当VOUT和VIN很接近或者VIN略低于VOUT的时，使得功率管MN1充分打开，此时会导致开关管MP2的VGS和VDS电压偏大，进而导致由功率管MN1和开关管MP2组成的驱动电路产生VIN端到地之间的上mA级别的灌通电流。

而本申请中，请参阅图4，通过设置贯通电流防止模块140，即通过设置第二功率管N2、第四开关管P4、第三开关管P3等组成的电路，且第三开关管P3管和第四开关管P4管是镜像的关系，第三开关管P3的源极电压基本相等于第四开关管P4管的源极电压，也即VOUT电压，从而使得第一开关管P1与第二开关管P2的漏极电压相等，且第一开关管P1与第二开关管P2的源极均连接于电源VIN，因此二者的源极电压也相等，VGS和VDS电压都是基本相等的，使得他们的镜像比例相对精确，环路增益的变化也会相对可控。

此外，通过第二功率管N2、第四开关管P4、第三开关管P3及第一开关管P1组成的电路，使得在一些电池应用的特殊应用场合，VOUT和VIN很接近或者VIN略低于VOUT的情况，整个LDO的环路调制，使得第一开关管P1和第二开关管P2的VGS很大，两个管子开的很彻底，但是由于两个管子的VDS很接近，都是非常小的值，使得第一开关管P1的电流也很小，消除了输出功率管的驱动电路的贯通电流，既没有闩锁效应的风险，同时也不会影响电池的使用时间。

此外，现有的LDO电路中，第一功率管N1采用高压管N3，阈值电压偏高，会影响整个LDO的环路增益及第一电流镜组成的驱动电路的驱动能力。

有鉴于此，为了解决该问题，在一种实现方式中，请参阅图5，新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路还包括高压管N3，第一功率管N1采用低压管，高压管N3的第一端与第一电流镜单元电连接，第二端与第一功率管N1电连接，高压管N3的栅极用于连接驱动电路。

其中，本申请提供的高压管N3也采用N型管，高压管N3的源极连接第一功率管N1的漏极，高压管N3的漏极连接第一开关管P1与第二开关管P2的栅极。并且，本申请所述的高压管N3的栅极电压大于5V，低压管指栅极电压小于5V的晶体管。

具体地，在第一开关管P1的栅极通路中，加入隔离高压和低压的高压管N3，可以让第一开关管P1的VGS 在随输出负载电流变化而灵活变化的同时，没有任何耐压的风险，同时可以第一功率管N1换成低压管。

在将第一功率管N1换成低压管后，使得同样面积的情况下，管子的Gm（跨导，衡量场效应管放大能力的重要参数）更大，使得该驱动级电路驱动能力更强；同时当误差放大器110的输入端电压Vfb有轻微的变化，VEA电压也发生较小的变化时，第一功率管N1的Gm就会发生变化，从而调制整个环路，使得LDO输出电压恢复正常，既增加了整个LDO的环路增益，也使得LDO的抗干扰的瞬态响应能力增强。

不仅如此，本申请在引入高压管N3后，不仅起到高压低压隔离作用，同时其栅极可以灵活接入不同需求的电路，以使得LDO获得更好的性能。例如。在一种实现方式中，高压管N3的栅极可以连接一个瞬态增强的电路，在环路之外，提升LDO的瞬态响应能力。因此，通过增设高压管N3后，整个新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的可拓展性更强，可以基于高压管N3的栅极连接不同的电路，提升新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的性能。

当然地，在上述电路的基础上，还可以增加其它电路，以提升整个新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路的性能，例如，可以在第一电流镜上增加第一稳压二极管，第一稳压二极管的阳极与所述第一开关管P1、所述第二开关管P2的栅极电连接，第一稳压二极管的阴极连接电源。

或者，也可以在第二电流镜上增加第二稳压二极管，第一稳压二极管的阳极与所述第三开关管P3、所述第四开关管P4的栅极电连接，第二稳压二极管的阴极连接第三开关管P3的源极，在此不做限定。

基于上述实现方式，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路。

综上所述，本申请实施例提供了一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路与电子设备，该新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路包括误差放大器110、输出控制模块120、反馈模块130以及贯通电流防止模块140，误差放大器110的输出端与输出控制模块120电连接，输出控制模块120分别与反馈模块130、贯通电流防止模块140电连接，反馈模块130还与误差放大器110的第一输入端电连接，误差放大器110的第二输入端用于输入参考电压；其中，误差放大器110用于依据反馈模块130的反馈电压以及参考电压输出差分放大信号；输出控制模块120用于依据差分放大信号输出电压；贯通电流防止模块140用于防止输出控制模块120产生贯通电流。由于本申请提供的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路中设置有贯通电流防止模块140，其可以防止输出控制模块120产生贯通电流，进而可提升电池使用寿命。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述电路包括误差放大器、输出控制模块、反馈模块以及贯通电流防止模块，所述误差放大器的输出端与所述输出控制模块电连接，所述输出控制模块分别与所述反馈模块、所述贯通电流防止模块电连接，所述反馈模块还与所述误差放大器的第一输入端电连接，所述误差放大器的第二输入端用于输入参考电压；其中，

所述误差放大器用于依据所述反馈模块的反馈电压以及所述参考电压输出差分放大信号；

所述输出控制模块用于依据所述差分放大信号输出电压；

所述贯通电流防止模块用于防止所述输出控制模块产生贯通电流。

2.如权利要求1所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述输出控制模块包括第一功率管与第一电流镜单元，所述第一功率管的第一端分别与所述第一电流镜单元、所述贯通电流防止模块电连接，所述第一功率管的第二端接地，所述第一功率管的栅极与所述误差放大器的输出端电连接。

3.如权利要求2所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述第一电流镜单元包括P型的第一开关管与第二开关管，所述第一开关管与所述第二开关管的源极均连接于电源，所述第一开关管与所述第二开关管的栅极均与所述第一功率管的第一端电连接，所述第一开关管与所述第二开关管的漏极均与所述贯通电流防止模块电连接，所述贯通电流防止模块还与所述第一功率管的第一端电连接。

4.如权利要求3所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述贯通电流防止模块包括第二功率管与第二电流镜单元，所述第二电流镜单元分别与所述第一功率管、所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第二功率管电连接，所述第二功率管还接地。

5.如权利要求4所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述第二电流镜单元包括第三开关管与第四开关管，所述第三开关管、所述第四开关管的源极分别与所述第一开关管、所述第二开关管的漏极电连接，所述第三开关管与所述第四开关管的栅极互连，并连接于所述第四开关管的漏极，所述第三开关管的漏极与所述第一功率管的第一端电连接，所述第四开关管的漏极还与所述第二功率管连接。

6.如权利要求4所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述第二功率管为N型管，所述第二功率管的漏极与所述第二电流镜单元电连接，所述第二功率管的源极接地，所述第二功率管的栅极接收偏置电压。

7.如权利要求2所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，当所述第一功率管为N型管时，所述第一功率管的漏极与所述第一电流镜单元电连接，且源极接地；

当所述第一功率管为P型管时，所述第一功率管的源极与所述第一电流镜单元电连接，且漏极接地。

8.如权利要求2所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路还包括高压管，所述第一功率管采用低压管，所述高压管的第一端与所述第一电流镜单元电连接，第二端与所述第一功率管电连接，所述高压管的栅极用于连接驱动电路。

9.如权利要求8所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路，其特征在于，所述高压管的栅极电压大于5V，所述第一功率管的栅极电压小于5V。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的新型且无贯通电流的LDO功率管驱动电路。