CN202166908U - 低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构 - Google Patents
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Abstract
一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，包括输入电源电压端子、使能信号控制端子、接地端子、反馈信号接入端子、电压输出端子和模式控制端子，其中，输入电源电压端子接输入的电压信号，使能信号控制端子接高电平或者低电平，接地端子接O电平，即地信号，反馈信号接入端子接输出电压经过分压后的反馈电压，输出端子根据模式选择的不同，接电感或者分压电阻，模式控制端子接高电平或者低电平。本实用新型将低压差线性稳压器与直流-直流转换器整合成一个电路，共用一组调整管，不增加额外的面积和功耗，采用模式选择和使能控制信号，且电路构成简单，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电器结合构造，特别涉及一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构。
背景技术
近几十年，半导体行业发展迅速，电路的集成度越来越高，便携式电子产品功能越来越强大。功能的增加相应的带来了功耗方面的问题，如何使电子产品在现有的电池供电能力下有更长的使用时间是电源管理产品开发的一个重要目标。高可靠性，高性能以及高效率的低压差线性稳压器和直流-直流转换器电路的设计和应用具有很大的现实意义和可观的经济价值。
作为电源管理的两大基础模块，低压差线性稳压器和直流-直流转换器各自占领一定的市场份额，传统模式是将低压差线性稳压器和直流-直流转换器分别设计，分开处理。将低压差线性稳压器和直流-直流转换器的功能整合到一个电路，并且不增加额外的面积和功耗，能够迎合当前多方面的市场需求，适用性强，经济价值可观。
现存的传统低压差线性稳压器：
见图1_a和图1_b。
图1_a为传统低压差线性稳压器的引脚图和外围电路图。
引脚包括输入电源电压端子1、使能信号控制端子2、接地端子3、反馈信号接入端子4、电压输出端子5。
V1为输入电压，接输入电源电压端子1。
V2为输出电压，接输出端子5。
C1为输入电容，一端接输入电源电压端子1，另一端接地。
C2为输出电容外部电容，一端接输出端子5，另一端接地。
R1和R2为分压电阻，R1一端接输出端子5，另一端接反馈信号接入端子4。
R2一端接接反馈信号接入端子4，另一端接地。
图1_b为传统低压差线性稳压器实现方式。
包含模块：软启动模块101、误差放大器模块102、参考电压和电流产生模块103、调整管P1。
连接方式：软启动模块101的输出接误差放大器模块102，反馈信号接入端子4接误差放大器模块102的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接误差放大器模块102的正输入端，误差放大器模块102的输出信号接调整管P1的栅极。调整管P1源极与输入电源电压端子1连接，其漏极与电压输出端子5连接。
现存的传统直流-直流转换器：
见图2_a和图2_b。
图2_a为传统直流-直流转换器的引脚图和外围电路图。
引脚包括输入电源电压端子1、使能信号控制端子2、接地端子3、反馈信号接入端子4、电压输出端子5。
V1为输入电压，接输入电源电压端子1。
C1为输入电容，一端接输入电源电压端子1，另一端接地。
L1为储能原件电感，输入端接接输出端子5，输出端接输出电压V2。
V2为输出电压，接电感L1的输出端。
C2为输出电容外部电容，一端接输出电压V2，另一端接地。
R1和R2为分压电阻，R1一端接输出电压V2，另一端接反馈信号接入端子4。
R2一端接接反馈信号接入端子4，另一端接地。
图2_b为传统直流-直流转换器实现方式。
包含模块：软启动模块201、误差放大器模块202、参考电压和电流产生模块103、调制器模块204、滤波器模块205、开关PMOS管P1，开关NMOS管N1。
连接方式：直流-直流转换器软启动模块201的输出接直流-直流转换器误差放大器202。反馈信号接入端子4接误差放大器模块202的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接误差放大器模块202的正输入端。直流-直流转换器误差放大器202的输出信号接调制器模块204的输入端和滤波器模块205的输入端。调制器模块204输出信号S1和S2，其中S1接接PMOS管P1的栅极，S2接NMOS管N1的栅极。
滤波器模块205的输入端接误差放大器模块202的输出信号，输出端与接地端子3连接。
PMOS管P1的栅极与调制器模块204输出端S1连接，源极与输入电源电压端子1连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子5连接。NMOS管N1的栅极与调制器模块204的输出端S2连接，源极与接地端子3连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子5连接。滤波器模块205的输入端与误差放大器202的输出端连接，输出端与接地端子3连接。
传统方式总结：
传统方式集合低压差线性稳压器与直流-直流转换器的全部功能的话，需要将图1_b和图2_b所包含的全部组件都加在一个电路里面，浪费面积，浪费功耗，而且不能节省外部的端子个数。
实用新型内容
本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合，尤其是设计了两种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式，它可以克服现有技术的不足，并且不增加额外的面积和功耗。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，包括输入电源电压端子、使能信号控制端子、接地端子、反馈信号接入端子、电压输出端子和模式控制端子，其中，输入电源电压端子接输入的电压信号，使能信号控制端子接高电平或者低电平，接地端子接O电平，即地信号，反馈信号接入端子接输出电压经过分压后的反馈电压，输出端子根据模式选择的不同，接电感或者分压电阻，模式控制端子接高电平或者低电平。
所述一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，所述的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构包括软启动模块、误差放大器模块、参考电压和电流产生模块、调制器模块、滤波器模块、信号选择器模块、模式选择模块、PMOS管P1、NMOS管N1；其中所述的软启动模块的输出接误差放大器模块，反馈信号接入端子接误差放大器模块的负输入端，由参考电压和电流产生模块产生的参考电压接误差放大器模块的正输入端，误差放大器模块的输出信号S3接调制器模块的输入端，信号选择器模块的输入端以及开关K1的一端；其中所述的调制器模块的输入端接误差放大器模块的输出信号S3，输出信号S1和S2，其中S1接信号选择器模块的输入端，S2接NMOS管N1的栅极；其中所述的模式选择模块的输入端接模式控制端子，输出信号E1接开关K1和信号选择器模块；其中所述的信号选择器模块的输入端接S1，S3和E1，输出端接PMOS管P1的栅极；其中所述的PMOS管P1的栅极与信号选择器模块的输出端连接，源极与输入电源电压端子连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子连接；其中所述的NMOS管N1的栅极与调制器模块的输出端S2连接，源极与接地端子连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子连接；其中所述的滤波器模块的输入端与开关K1的另一端K11连接，输出端与接地端子连接。
所述一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，所述的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构包括直流-直流转换器软启动模块、直流-直流转换器误差放大器模块、低压差线性稳压器软启动模块、低压差线性稳压器误差放大器模块、参考电压和电流产生模块、调制器模块、滤波器模块、信号选择器模块、模式选择模块、PMOS管P1、NMOS管N1；其中所述的直流-直流转换器软启动模块的输出接直流-直流转换器误差放大器；其中所述的低压差线性稳压器软启动模块的输出接低压差线性稳压器误差放大器模块；反馈信号接入端子接直流-直流转换器误差放大器模块的负输入端和低压差线性稳压器误差放大器模块的负输入端；其中所述的由参考电压和电流产生模块产生的参考电压接直流-直流转换器误差放大器模块的正输入端和低压差线性稳压器误差放大器模块的正输入端；其中所述的直流-直流转换器误差放大器的输出信号接调制器模块的输入端和滤波器模块的输入端；其中所述的低压差线性稳压器误差放大器模块的输出信号S3接信号选择器模块的输入端；其中所述的调制器模块的输入端接直流-直流转换器误差放大器的输出端，输出信号S1和S2，其中S1接信号选择器模块的输入端，S2接NMOS管N1的栅极；其中所述的信号选择器模块的输入端接S1，S3，E1，输出端接PMOS管P1的栅极；其中所述的模式选择模块的输入接模式控制端子，输出信号E1接信号选择器模块；其中所述的滤波器模块的输入端接直流-直流转换器误差放大器模块的输出信号，输出端与接地端子连接；其中所述的PMOS管P1的栅极与信号选择器模块的输出端连接，源极与输入电源电压端子连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子连接；其中所述的NMOS管N1的栅极与调制器模块的输出端S2连接，源极与接地端子连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子连接；其中所述的滤波器模块的输入端与直流-直流转换器误差放大器的输出连接，输出端与接地端子连接。
本实用新型的优越性：
①将低压差线性稳压器与直流-直流转换器整合成一个电路；②共用一组调整管，不增加额外的面积和功耗；③采用模式选择和使能控制信号；④电路构成简单，实用性强。
本实用新型的有益效果是，尤其是设计了两种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式，它可以克服现有技术的不足，并且不增加额外的面积和功耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1_a为传统低压差线性稳压器的引脚图和外围电路图。
图1_b为传统低压差线性稳压器实现方式。
图2_a为传统直流-直流转换器的引脚图和外围电路图。
图2_b为传统直流-直流转换器实现方式。
图3_a为本发明的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的新型结构的引脚示意图。
图3_b：表示图3_a中模式控制端子6选中低压差线性稳压器的外围电路。
图3_c：表示图3_a中模式控制端子6选中直流-直流转换器的外围电路。
图4为符合图3_a所示的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式之一。
图5为符合图3_a所示的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式之二。
具体实施方式
本实用新型提供一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构(如图3_a所示)，并且设计了两种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式，即图4和图5。
图4为符合图3_a所示的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式之一。
其中的输入输出端子与图3_a所示相同，包括输入电源电压端子1、使能信号控制端子2、接地端子3、反馈信号接入端子4、电压输出端子5、模式控制端子6。
包含模块：软启动模块201、误差放大器模块202、参考电压和电流产生模块103、调制器模块204、滤波器模块205、信号选择器模块206、模式选择模块207。
连接方式：软启动模块201的输出接误差放大器模块202，反馈信号接入端子4接误差放大器模块202的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接误差放大器模块202的正输入端，误差放大器模块202的输出信号S3接调制器模块204的输入端，信号选择器模块206的输入端以及开关K1的一端。调制器模块204的输入端接误差放大器模块202的输出信号S3，输出信号S1和S2，其中S1接信号选择器模块206的输入端，S2接NMOS管N1的栅极。模式选择模块207的输入端接模式控制端子6，输出信号E1接开关K1和信号选择器模块206。信号选择器模块206的输入端接S1，S3和E1，输出端接PMOS管P1的栅极。PMOS管P1的栅极与信号选择器模块206的输出端连接，源极与输入电源电压端子1连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子5连接。NMOS管N1的栅极与调制器模块204的输出端S2连接，源极与接地端子3连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子5连接。滤波器模块205的输入端与开关K1的另一端K11连接，输出端与接地端子3连接。
工作原理：使能信号控制端子2输入使能控制信号，控制电路的工作状态，电路使能时，开始工作；电路不使能，则不工作。模式选择模块207输出选择信号E1，通过控制开关K1的通断和信号选择器模块206对信号S1和S3的选择，来决定电路的工作模式是低压差线性稳压器还是直流-直流转换器模式。
低压差线性稳压器模式下工作时，开关K1切断，信号S3被信号选择器模块206选择，此种情况下信号选择器模块206输出S3。
此种工作模式下的外围电路见图3_b，输出电压V2经过电阻R1，R2分压之后通过反馈信号接入端子4接误差放大器模块202的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接误差放大器模块202的正输入端。误差放大器模块202负输入端和正输入端电压相等，以此调整PMOS管P1的源极和漏极之间的压降以使输出电压V2保持不变。
直流-直流转换器模式下工作时，开关K1导通，信号S1被信号选择器模块206选中，即此种情况下信号选择器模块206输出S1。
此种工作模式下的外围电路见图3_c，输出电压V2经过电阻R1，R2分压之后通过反馈信号接入端子4接误差放大器模块202的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接误差放大器模块202的正输入端。误差放大器模块202负输入端和正输入端电压相等。调制器模块1104的输出信号S1和S2，分别控制开关管P1和N1。通过电感电流不能瞬时变化的特性为电源续流，保证负载电路的输出电压V2恒定。
图5为符合图3_a所示的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构的低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合的电路实现方式之二。
其中的输入输出端子与图3_a所示相同，包括输入电源电压端子1、使能信号控制端子2、接地端子3、反馈信号接入端子4、电压输出端子5、模式控制端子6。
包含模块：直流-直流转换器软启动模块201、直流-直流转换器误差放大器模块202、低压差线性稳压器软启动模块101、低压差线性稳压器误差放大器模块102、参考电压和电流产生模块103、调制器模块204、滤波器模块205、信号选择器模块206、模式选择模块207。
连接方式：直流-直流转换器软启动模块201的输出接直流-直流转换器误差放大器202。低压差线性稳压器软启动模块101的输出接低压差线性稳压器误差放大器模块102。反馈信号接入端子4接直流-直流转换器误差放大器模块202的负输入端和低压差线性稳压器误差放大器模块102的负输入端。由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接直流-直流转换器误差放大器模块202的正输入端和低压差线性稳压器误差放大器模块102的正输入端。直流-直流转换器误差放大器202的输出信号接调制器模块204的输入端和滤波器模块205的输入端。低压差线性稳压器误差放大器模块102的输出信号S3接信号选择器模块206的输入端。调制器模块204的输入端接直流-直流转换器误差放大器202的输出端，输出信号S1和S2，其中S1接信号选择器模块206的输入端，S2接NMOS管N1的栅极。信号选择器模块206的输入端接S1，S3，E1，输出端接PMOS管P1的栅极。模式选择模块207的输入接模式控制端子6，输出信号E1接信号选择器模块206。
滤波器模块205的输入端接直流-直流转换器误差放大器模块202的输出信号，输出端与接地端子3连接。
PMOS管P1的栅极与信号选择器模块206的输出端连接，源极与输入电源电压端子1连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子5连接。NMOS管N1的栅极与调制器模块204的输出端S2连接，源极与接地端子3连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子5连接。滤波器模块205的输入端与直流-直流转换器误差放大器202的输出连接，输出端与接地端子3连接。
图3_b：表示图3_a中模式控制端子6选中低压差线性稳压器的外围电路：
V1为输入电压，接输入电源电压端子1。
V2为输出电压，接输出端子5。
C1为输入电容，一端接输入电源电压端子1，另一端接地。
C2为输出电容外部电容，一端接输出端子5，另一端接地。其作用是减少回路的带宽和校正相位的偏移。
R1和R2为分压电阻，R1一端接输出端子5，另一端接反馈信号接入端子4。
R2一端接接反馈信号接入端子4，另一端接地。
图3_c：表示图3_a中模式控制端子6选中直流-直流转换器的外围电路：
V1为输入电压，接输入电源电压端子1。
C1为输入电容，一端接输入电源电压端子1，另一端接地。
L1为储能原件电感，其输入端接接电压输出端子5，输出端接输出电压V2。
V2为输出电压，接电感L1的输出端。
C2为输出电容外部电容，一端接输出电压V2，另一端接地。其作用是减少回路的带宽和校正相位的偏移。
R1和R2为分压电阻，R1一端接输出电压V2，另一端接反馈信号接入端子4。
R2一端接接反馈信号接入端子4，另一端接地。
工作原理：使能信号控制端子2输入使能控制信号，控制电路的工作状态，电路使能时，开始工作；电路不使能，则不工作。模式选择模块207输出选择信号E1，通过控制信号选择器模块206对信号S1和S3的选择，来决定电路的工作模式是低压差线性稳压器还是直流-直流转换器模式。
低压差线性稳压器模式下工作时，直流-直流转换器软启动模块201、直流-直流转换器误差放大器模块202均不工作。低压差线性稳压器软启动模块101、低压差线性稳压器误差放大器模块102正常工作。信号S3被信号选择器模块206选中，此种情况下信号选择器模块206输出信号S3。
此种工作模式下的外围电路见图3_b，输出电压V2经过电阻R1，R2分压之后通过反馈信号接入端子4接低压差线性稳压器误差放大器模块102的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接低压差线性稳压器误差放大器模块102的正输入端。模块102负输入端和正输入端电压相等，以此调整PMOS管P1的源极和漏极之间的压降以使输出电压V2保持不变。
直流-直流转换器模式下工作时，直流-直流转换器软启动模块201、直流-直流转换器误差放大器模块202正常工作。低压差线性稳压器软启动模块101、低压差线性稳压器误差放大器模块102均不工作。开关K1导通，信号S1被信号选择器模块206选择，即此种情况下信号选择器模块206输出S1。
此种工作模式下的外围电路见图3_c，输出电压V2经过电阻R1，R2分压之后通过反馈信号接入端子4接直流-直流转换器误差放大器模块202的负输入端，由参考电压和电流产生模块103产生的参考电压接直流-直流转换器误差放大器模块202的正输入端。直流-直流转换器误差放大器模块202负输入端和正输入端电压相等。直流-直流转换器误差放大器模块202的输出信号经过滤波后再经过调制器模块204，输出信号S1和S2。S1和S2分别控制开关管P1和N1。通过电感电流不能瞬时变化的特性为电源续流，保证负载电路的输出电压V2恒定。
本实用新型的优越性：
①将低压差线性稳压器与直流-直流转换器整合成一个电路；②共用一组调整管，不增加额外的面积和功耗；③采用模式选择和使能控制信号；④电路构成简单，实用性强。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
综上所述，本实用新型在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关新型专利要件的规定，故依法提起申请。
Claims (3)
1.一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，包括输入电源电压端子(1)、使能信号控制端子(2)、接地端子(3)、反馈信号接入端子(4)、电压输出端子(5)和模式控制端子(6)，其中，输入电源电压端子(1)接输入的电压信号，使能信号控制端子(2)接高电平或者低电平，接地端子(3)接O电平，即地信号，反馈信号接入端子(4)接输出电压经过分压后的反馈电压，输出端子(5)根据模式选择的不同，接电感或者分压电阻，模式控制端子(6)接高电平或者低电平。
2.根据权利要求1所述的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，所述的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构包括软启动模块(201)、误差放大器模块(202)、参考电压和电流产生模块(103)、调制器模块(204)、滤波器模块(205)、信号选择器模块(206)、模式选择模块(207)、PMOS管P1、NMOS管N1；其中所述的软启动模块(201)的输出接误差放大器模块(202)，反馈信号接入端子(4)接误差放大器模块(202)的负输入端，由参考电压和电流产生模块(103)产生的参考电压接误差放大器模块(202)的正输入端，误差放大器模块(202)的输出信号S3接调制器模块(204)的输入端，信号选择器模块(206)的输入端以及开关K1的一端；其中所述的调制器模块(204)的输入端接误差放大器模块(202)的输出信号S3，输出信号S1和S2，其中S1接信号选择器模块(206)的输入端，S2接NMOS管N1的栅极；其中所述的模式选择模块(207)的输入端接模式控制端子(6)，输出信号E1接开关K1和信号选择器模块(206)；其中所述的信号选择器模块(206)的输入端接S1，S3和E1，输出端接PMOS管P1的栅极；其中所述的PMOS管P1的栅极与信号选择器模块(206)的输出端连接，源极与输入电源电压端子(1)连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子(5)连接；其中所述的NMOS管N1的栅极与调制器模块(204)的输出端S2连接，源极与接地端子(3)连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子(5)连接；其中所述的滤波器模块(205)的输入端与开关K1的另一端K11连接，输出端与接地端子(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构，其特征在于，所述的一种低压差线性稳压器与直流-直流转换器结合结构包括直流-直流转换器软启动模块(201)、直流-直流转换器误差放大器模块(202)、低压差线性稳压器软启动模块(101)、低压差线性稳压器误差放大器模块(102)、参考电压和电流产生模块(103)、调制器模块(204)、滤波器模块(205)、信号选择器模块(206)、模式选择模块(207)、PMOS管P1、NMOS管N1；其中所述的直流-直流转换器软启动模块(201)的输出接直流-直流转换器误差放大器(202)；其中所述的低压差线性稳压器软启动模块(101)的输出接低压差线性稳压器误差放大器模块(102)；反馈信号接入端子(4)接直流-直流转换器误差放大器模块(202)的负输入端和低压差线性稳压器误差放大器模块(102)的负输入端；其中所述的由参考电压和电流产生模块(103)产生的参考电压接直流-直流转换器误差放大器模块(202)的正输入端和低压差线性稳压器误差放大器模块(102)的正输入端；其中所述的直流-直流转换器误差放大器(202)的输出信号接调制器模块(204)的输入端和滤波器模块(205)的输入端；其中所述的低压差线性稳压器误差放大器模块(102)的输出信号S3接信号选择器模块(206)的输入端；其中所述的调制器模块(204)的输入端接直流-直流转换器误差放大器(202)的输出端，输出信号S1和S2，其中S1接信号选择器模块(206)的输入端，S2接NMOS管N1的栅极；其中所述的信号选择器模块(206)的输入端接S1，S3，E1，输出端接PMOS管P1的栅极；其中所述的模式选择模块(207)的输入接模式控制端子(6)，输出信号E1接信号选择器模块(206)；其中所述的滤波器模块(205)的输入端接直流-直流转换器误差放大器模块(202)的输出信号，输出端与接地端子(3)连接；其中所述的PMOS管P1的栅极与信号选择器模块(206)的输出端连接，源极与输入电源电压端子(1)连接，其漏极与NMOS管N1的漏极、电压输出端子(5)连接；其中所述的NMOS管N1的栅极与调制器模块(204)的输出端S2连接，源极与接地端子(3)连接，其漏极与PMOS管P1的漏极、电压输出端子(5)连接；其中所述的滤波器模块(205)的输入端与直流-直流转换器误差放大器(202)的输出连接，输出端与接地端子(3)连接。
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