CN117930930A - Ldo应用电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开的LDO应用电路，包括与LDO部件搭配的N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管，N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管串联于LDO部件的输入回路，N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管的栅极通过稳压单元连接LDO部件的输出端。本发明既可以解决传统LDO电路在大电流、低温环境下因耗尽型MOSFET或JFET的关断电压V_GS(OFF)、饱和电流I_DSS参数偏低而不能正常工作的问题，又能够避免LDO与耗尽型MSOFET或JFET参数不匹配的问题。

Description

LDO应用电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种LDO应用电路。

背景技术

在传统的LDO应用电路中，通常会搭配N沟道耗尽型MOSFET或N沟道JFET一起使用，这样可以明显提高电路允许的输入电压，同时为LDO提供良好的瞬态浪涌保护。

但是由于N沟道耗尽型MOSFET或N沟道JFET本身参数（主要为关断电压 V_GS(OFF)、饱和电流 I_DSS）的一致性会存在差异，会出现 V_GS(OFF)、I_DSS偏低而导致LDO无法在大电流应用中正常启动的现象。同时，由于 N 沟道耗尽型 MOSFET 或 N 沟道 JFET 的V_GS(OFF)、I_DSS的负温度特性，在低温环境下更容易出现因耗尽型 MOSFET 或 JFET 的|V_GS(OFF)|、I_DSS参数减小而导致LDO不能正常启动的情况。因此在传统的LDO应用电路中，不得不花费更多成本考虑 N 沟道耗尽型MOSFET 或 N 沟道 JFET 与LDO的参数匹配问题。

具体的，如图1所示， V_{DROPOUT_LDO}=V_in-V_out=│V_{GS(OFF)_Q1}│，由于LDO工作时， V_{DROPOUT_LDO}有最小压差要求， 所以Q1的 G-S 两端必须始终保持为较高的负偏压，因此Q1可实际通过的最大电流，会明显低于 Q1 在 V_GS=0V 时的饱和电流，所以Q1在选型时，需要考虑Q1与LDO的匹配问题，通常 Q1 需要选择饱和电流明显大于电路实际需求的器件才能满足电路要求。 同时，由于MOSFET 的│V_GS(OFF)│数值会随温度降低而减小，因此在低温环境下，还容易因V_{DROPOUT_LDO}低于LDO的最低压差要求而出现LDO不能正常工作的情况。其中，Q1为N沟道耗尽型 MOSFET管或 N沟道 JFET管。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明旨在提供一种LDO应用电路，既可以解决传统LDO电路在大电流、低温环境下因耗尽型MOSFET或JFET 的关断电压V_GS(OFF)、饱和电流I_DSS参数偏低而不能正常工作的问题，又能够避免LDO与耗尽型 MSOFET或 JFET 参数不匹配的问题。

为实现上述目的，本发明在耗尽型 MOSFET 或 JFET 的栅极与LDO的输出端之间增加一个稳压元件，并通过限流原件与LDO的输入端-输出端并联，可主动提高LDO在任意工作电流、任意工作温度下的输入-输出压差，从而避免出现传统LDO电路中的问题。同时，耗尽型 MOSFET 或 JFET 可通过的最大电流能够达到自身在V_GS=0V 时的实际饱和电流，因此，既不会存在耗尽型 MSOFET 或 JFET与LDO参数匹配不合适的问题，也不需要花费更多成本选择饱和电流远高于实际电路需求的耗尽型 MOSFET 或JFET来满足应用。

本发明采用的技术方案具体如下：

LDO应用电路，包括与LDO部件搭配的N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道 JFET管，所述N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道 JFET管串联于LDO部件的输入回路，所述N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道 JFET管的栅极通过稳压单元连接LDO部件的输出端。

作为一种优选的，所述稳压单元包括N沟道增强型MOSFET管，所述N沟道增强型MOSFET管的漏极和栅极均连接N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管的栅极、限流部件的一端，N沟道增强型MOSFET管的源极连接LDO部件的输出端，限流部件的另一端连接N沟道耗尽型 MOSFET管或N沟道JFET管的源极、LDO部件的输入端。

进一步优选的，所述限流部件为电阻。

作为另一种优选的，所述稳压单元包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管的栅极、限流部件的一端，稳压二极管的阳极连接LDO部件的输出端，限流部件的另一端连接N沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道JFET管的源极、LDO部件的输入端。

进一步优选的，所述限流部件为电阻。

优选的，所述稳压二极管的稳压参数大于LDO部件的最低工作压差。

优选的，所述LDO部件为集成电路。

本发明的有益效果如下：

本发明既可以解决传统LDO电路在大电流、低温环境下因耗尽型 MOSFET 或JFET的关断电压V_GS(OFF)、饱和电流I_DSS参数偏低而不能正常工作的问题，又能够避免LDO与耗尽型MSOFET或JFET参数不匹配的问题。具体的；

1、本发明能够避免特意选择饱和电流大的 N 沟道耗尽型MOSFET或N沟道JFET的问题。

传统应用电路中，由于LDO的Vout与Vin两端必须保持一定的压差，即 Q1的G-S两端必须具有一定的压差，因此在选择Q1型号时，需要Q1的饱和电流参数远大于负载实际需要的电流，才能避免出现因电流过大导致Q1的G-S 压差低于LDO最低压差要求，而导致 LDO不工作的情况。本发明只需要Q1 在V_GS=0V 时的饱和电流不小于负载实际需要的电流即可，不需要特意选择饱和电流更大的耗尽型MOSFET或JFET，即使Q1的G-S压差为 0V，LDO仍然可以正常工作。

2、具有更好的温度特性，能够更稳定的工作在高、低温环境下。

由于N沟道耗尽型MOSFET或N沟道JFET的固有特性，在传统电路中， 当流过Q1的电流一定时，若Q1结温降低，Q1的G-S压差也会降低， 因此低温环境下，LDO会存在因Vin与Vout压差过低而不能启动的情况。本发明则不会出现类似情况。

附图说明

图1为传统电路的电路原理图。

图2为实施例1的电路原理图。

图3为实施例2的电路原理图。

图4为传统电路的仿真结果示意图一。

图5为传统电路的仿真结果示意图二。

图6为传统电路的仿真结果示意图三。

图7为实施例1的仿真结果示意图一。

图8为实施例1的仿真结果示意图二。

图9为实施例1的仿真结果示意图三。

图10为实施例2的仿真结果示意图一。

图11为实施例2的仿真结果示意图二。

图12为实施例2的仿真结果示意图三。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图2所示，本实施例公开一种LDO应用电路，包括与LDO部件搭配的N 沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管Q1以及稳压单元，稳压单元包括N沟道增强型MOSFET管Q2，N沟道增强型MOSFET管Q2的漏极和栅极均连接N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道JFET管Q1的栅极、限流部件的一端，N沟道增强型MOSFET管Q2的源极连接LDO部件的输出端，限流部件的另一端连接N 沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道JFET管Q1的源极、LDO部件的输入端。

本实施例中，限流部件为电阻R1，可控制流过N沟道增强型MOSFET管Q2的电流，来调节Q2 漏极-源极两端的钳位电压值 V_{TH_Q2}。LDO部件为集成LDO。

本实施例中，V_{DROPOUT_LDO}=V_in-V_out=V_R1+V_{TH_Q2}=│V_{GS(OFF)_Q1}│+V_{TH_Q2}，当所选 Q2 的阈值电压 V_{TH_Q2}＞V_{DROPOUT_LDO}时，可确保在不同工作电流（不超过 Q1 的饱和电流）、不同环境温度下， LDO都不会存在因Q1的 G-S压差过低而不能正常工作的情况。

同时，本实施例还具有更好的温度特性，因为Q1工作时的G-S两端的电压与稳压元件Q2的稳压值具有相反的温度特性。随着温度的升高，Q1的| V_GS(OFF)|会增加，但是Q2的V_{TH_Q2}会降低，相反的温度特性会使得LDO的 V_{DROPOUT_LDO}在不同的温度下都趋于稳定，温度降低时同样如此。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，采用稳压二极管D1取代N 沟道增强型MOSFET管Q2，具体的：

稳压二极管的阴极连接N沟道耗尽型 MOSFET管或N沟道JFET管的栅极、限流部件的一端，稳压二极管D1的阳极连接LDO部件的输出端，限流部件的另一端连接N沟道耗尽型MOSFET管或N沟道 JFET管Q1的源极、LDO部件的输入端。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不赘述。

本实施例中，V_{DROPOUT_LDO}=V_in-V_out=V_R1+V_{Z_D1}=│V_{GS(OFF)_Q1}│+V_{Z_D1}，当所选稳压二极管D1 的稳压值 V_{Z_D1}＞V_{DROPOUT_LDO}时，可确保在不同工作电流（不超过 Q1 的饱和电流）、不同环境温度下，LDO都不会存在因 Q1的G-S压差过低而不能正常工作的情况。

类似的，相对于传统电路，本实施例的也具有更好的温度特性，因为Q1工作时的G-S两端的电压与稳压元件D1的稳压值具有相反的温度特性。随着温度的升高，Q1的| V_GS(OFF)|会增加，但是D1的稳压值V_{Z_D1}会降低，相反的温度特性会使得LDO的 V_{DROPOUT_LDO}在不同的温度下都趋于稳定，温度降低时同样如此。

比较实施例1、2，其中，稳压二极管D1的稳压参数最优选择是略大于LDO部件的最低工作压差。考虑到大部分LDO的输入-输出最低电压差约为0.5V～ 1.5V，压差过高会使得LDO的功耗增加，而对于这个电压等级的稳压方案，采用实施例1利用 N沟道增强型MOSFET的阈值电压参数来实现会更加理想。因为：

稳压元件使用N沟道增强型MOSFET，不仅能够很好的进行稳压及过压保护，而且还具有非常好的温度特性：Q1的 V_GS(OFF)参数随温度降低而减小，但是N沟道增强型MOSFET的V_GS(TH)随温度降低而增加，反之亦然，所以两者数值之和（LDO的实际压差）会在不同温度下都趋于稳定，因此会具有非常好的温度特性。另外从集成工艺的角度来说，利用N沟道增强型MOSFET的阈值电压参数会更容易实现低电压值的稳压方案（稳压二极管的齐纳击穿稳压原理导致其不容易实现低击穿电压的工艺控制）。

实施例3

本实施例提供了针对传统电路以及实施例1、2的一个电路仿真实例，具体如下：

对传统电路进行仿真：Q1为 N 沟道耗尽型MOSFET，阈值电压V_GS(OFF)=-2V，饱和电流I_DSS=261mA，导通电阻 R_DS(ON)=40Ω；LDO为LM7805CT，输出电压典型值 V_O=5V。分别设置负载为1KΩ、100Ω、18Ω，以调节负载电流，仿真结果如下如图4、5、6所示。

仿真结果说明：传统电路中，LDO正常工作时，能够流过Q1的最大电流远低于Q1的饱和电流；当流过Q1的电流过大时，LDO就不能够正常的工作。

对实施例1仿真：Q1为N沟道耗尽型MOSFET，阈值电压 V_GS(OFF)=-2V，饱和电流I_DSS=261mA，导通电阻 R_DS(ON)=40Ω； LDO为LM7805CT，输出电压典型值 V_O=5V； Q2 为N沟道增强型MOSFET，阈值电压 V_GS(TH)=2V。分别设置负载为1KΩ、100Ω、 18Ω，以调节负载电流，仿真结果如图7、8、9所示。

仿真结果说明：实施例1，LDO正常工作时，能够流过Q1的最大电流可等于Q1的饱和电流。

对实施例2仿真：Q1为N沟道耗尽型MOSFET，阈值电压V_GS(OFF)=-2V，饱和电流I_DSS=261mA，导通电阻 R_DS(ON)=40Ω；LDO为LM7805CT，输出电压典型值V_O=5V；稳压二极管D1的稳压值 V_Z=3.0V。分别设置负载为1KΩ、100Ω、18Ω，以调节负载电流，仿真结果如图10、11、12所示。

仿真结果说明：图 2新型应用电路中，LDO正常工作时，能够流过Q1的最大电流可等于Q1的饱和电流。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.LDO应用电路，包括与LDO部件搭配的N 沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道 JFET管，所述N 沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道 JFET管串联于LDO部件的输入回路，其特征在于：所述N 沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道 JFET管的栅极通过稳压单元连接LDO部件的输出端。

2.根据权利要求1所述的LDO应用电路，其特征在于：所述稳压单元包括N 沟道增强型MOSFET管，所述N 沟道增强型MOSFET管的漏极和栅极均连接N 沟道耗尽型 MOSFET管或N沟道 JFET管的栅极、限流部件的一端，N 沟道增强型MOSFET管的源极连接LDO部件的输出端，限流部件的另一端连接N 沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道 JFET管的源极、LDO部件的输入端。

3.根据权利要求2所述的LDO应用电路，其特征在于：所述限流部件为电阻。

4.根据权利要求1所述的LDO应用电路，其特征在于：所述稳压单元包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接N 沟道耗尽型 MOSFET管或N 沟道 JFET管的栅极、限流部件的一端，稳压二极管的阳极连接LDO部件的输出端，限流部件的另一端连接N 沟道耗尽型MOSFET管或N 沟道 JFET管的源极、LDO部件的输入端。

5.根据权利要求4所述的LDO应用电路，其特征在于：所述限流部件为电阻。

6.根据权利要求4或5所述的LDO应用电路，其特征在于：所述稳压二极管的稳压参数大于LDO部件的输入-输出最低工作压差。

7.根据权利要求1-5任一项所述的LDO应用电路，其特征在于：所述LDO部件为集成电路。