CN203422692U - 一种低压差线性稳压器及其软启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电源稳压处理技术领域，提供了一种低压差线性稳压器及其软启动电路。本实用新型通过在低压差线性稳压器中采用包括斜坡电压产生模块和电压选择模块的软启动电路，整个软启动电路的结构简单，易于实现，在电路集成时占用较小的芯片面积，且由斜坡电压产生模块从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压，并通过电压选择模块选择固定参考电压与斜坡电压中电压最小者作为低压差线性稳压器的参考电压，进而使软启动电路所输出的电压在固定参考电压与斜坡电压两者之间平滑转换并保持电压值最小，从而使低压差线性稳压器的输出不会产生过冲电压。

Description

一种低压差线性稳压器及其软启动电路

技术领域

本实用新型属于电源稳压处理技术领域，尤其涉及一种低压差线性稳压器及其软启动电路。

背景技术

低压差线性稳压器(LDO,Low-dropout Regulator)是一个很重要的电源管理模块，其广泛应用于手持设备和便携式电子产品中。在对LDO的设计中，必须注意在电源上电的时候，LDO的功率管会产生很大的浪涌电流，这个浪涌电流要比LDO在稳定情况下输出的最大负载电流大很多倍，这样就容易损害其相关的元器件，甚至烧毁LDO芯片。为了解决此问题，LDO在上电时需要实现软启动以控制功率管所产生的浪涌电流，从而确保LDO芯片及其内部相关器件不受到损害或烧毁。

在现有技术中，LDO的软启动方式可以是采用限流功能以粗略地实现软启动，这样既可以实现过流保护功能，又能实现软启动以控制LDO上电时所产生的浪涌电流，但缺点是其只能在刚上电时的一小段时间内将LDO的输出电流限制在所设定的最大电流，并不能持续精确地控制其输出电流，而且所设定的最大电流一般设置为LDO正常工作所能输出的最大电流的2倍左右，这就会导致在需要输出较大负载电流时，所设定的最大电流也会相对较大，从而不利于实现软启动。针对该问题，现有技术又提供了另一种LDO软启动方式，其根据LDO的反馈电压和一个初始电压为零并电压慢慢爬升的斜坡电压来控制LDO的功率管的栅极，从而能够比较精确地控制其LDO的输出电流。虽然采用该软启动方式所设计出来的软启动电路能够精确地控制LDO的输出电流，但都存在电路结构复杂，电路集成时需要占用较大的芯片面积，而且在斜坡电压在上升至接近固定参考电压的时候，因电压切换电路设计欠佳而容易使LDO的输出端产生一个很大的过冲电压，这样会使LDO在实际应用中对自身及负载都会存在较大的损坏风险。

综上所述，现有技术存在电路结构复杂，电路集成时需要占用较大的芯片面积并增加成本，且易使LDO的输出端产生过冲电压的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低压差线性稳压器的软启动电路，旨在解决现有技术所存在的电路结构复杂，电路集成时需要占用较大的芯片面积并增加成本，且易使LDO的输出端产生过冲电压的问题。

本实用新型是这样实现的，一种低压差线性稳压器的软启动电路，所述软启动电路包括：

第一控制端和第二控制端分别接入相互反相的第一使能控制信号和第二使能控制信号，电源端接入直流电源，地端接等电势地，并从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压的斜坡电压产生模块；

第一输入端接入固定参考电压，第二输入端连接斜坡电压产生模块的输出端，输出端输出所述低压差线性稳压器的参考电压，选择所述固定参考电压与所述斜坡电压中电压最小者作为所述参考电压的电压选择模块。

本实用新型还提供了一种包括上述软启动电路的低压差线性稳压器。

本实用新型通过在低压差线性稳压器中采用包括斜坡电压产生模块和电压选择模块的软启动电路，斜坡电压产生模块的第一控制端和第二控制端分别接入两个反相的使能控制信号，电源端接入直流电源，地端接等电势地，电压选择模块的第一输入端接入固定参考电压，第二输入端连接斜坡电压产生模块的输出端，输出端输出低压差线性稳压器的参考输出电压，整个软启动电路的结构简单，易于实现，在电路集成时占用较小的芯片面积，且由斜坡电压产生模块从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压，并通过电压选择模块选择所述固定参考电压与所述斜坡电压中电压最小者作为低压差线性稳压器的参考电压，进而使软启动电路所输出的电压在所述固定参考电压与所述斜坡电压两者之间平滑转换并保持电压值最小，从而使低压差线性稳压器的输出不会产生过冲电压。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的低压差线性稳压器的软启动电路的模块结构图；

图2是本实用新型实施例提供的低压差线性稳压器的软启动电路的示例电路结构图；

图3是本实用新型实施例提供的低压差线性稳压器的软启动电路所涉及的与误差放大器共用电压选择模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的低压差线性稳压器的软启动电路所涉及的与误差放大器共用电压选择模块的示例电路结构图；

图5是本实用新型实施例提供的低压差线性稳压器的软启动电路所涉及的信号波形关系图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型通过在低压差线性稳压器中采用包括斜坡电压产生模块和电压选择模块的软启动电路，斜坡电压产生模块的第一控制端和第二控制端分别接入两个反相的使能控制信号，电源端接入直流电源，地端接等电势地，电压选择模块的第一输入端接入固定参考电压，第二输入端连接斜坡电压产生模块的输出端，输出端输出低压差线性稳压器的参考输出电压，整个软启动电路的结构简单，易于实现，在电路集成时占用较小的芯片面积，且由斜坡电压产生模块从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压，并通过电压选择模块选择固定参考电压与斜坡电压中电压最小者作为低压差线性稳压器的参考电压，进而使软启动电路所输出的电压在固定参考电压与斜坡电压两者之间平滑转换并保持电压值最小，从而使低压差线性稳压器的输出不会产生过冲电压。

图1示出了本实用新型实施例提供的低压差线性稳压器的软启动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

本实用新型实施例所提供的低压差线性稳压器的软启动电路包括：

第一控制端和第二控制端分别接入相互反相的第一使能控制信号EN和第二使能控制信号EN_N，电源端接入直流电源VDD，地端接等电势地，并从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压VRMP的斜坡电压产生模块100；

第一输入端接入固定参考电压VREF，第二输入端连接斜坡电压产生模块100的输出端，输出端输出低压差线性稳压器的参考电压VRO，选择固定参考电压VREF与斜坡电压VRMP中电压最小者作为低压差线性稳压器的参考电压VRO的电压选择模块200。

进一步地，如图2所示，斜坡电压产生模块100包括：

PMOS功率管Mp8、PMOS功率管Mp9、PMOS功率管Mp10、PMOS功率管Mp11、电流源IB、NMOS功率管Mn5及电容C1；

PMOS功率管Mp8的栅极为斜坡电压产生模块100的第一控制端，PMOS功率管Mp8的源极与PMOS功率管Mp9的源极以及PMOS功率管Mp10的源极的共接点为斜坡电压产生模块100的电源端，PMOS功率管Mp8的漏极与PMOS功率管Mp10的栅极、PMOS功率管Mp9的栅极和漏极共接于PMOS功率管Mp11的源极，PMOS功率管Mp11的栅极与NMOS功率管Mn5的栅极的共接点为斜坡电压产生模块100的第二控制端，电流源IB的输入端连接PMOS功率管Mp11的漏极，NMOS功率管Mn5的漏极与电容C1的第一端及PMOS功率管Mp10的漏极的共接点为斜坡电压产生模块100的输出端，电流源IB的输出端与NMOS功率管Mn5的源极以及电容C1的第二端的共接点为斜坡电压产生模块100的地端。

为了使低压差线性稳压器的结构更加简单和便于实现，如图3所示，上述软启动电路与低压差线性稳压器中的误差放大器共用电压选择模块200，误差放大器包括：

电流源I1、PMOS功率管Mp3、PMOS功率管Mp4、PMOS功率管Mp5、PMOS功率管Mp6、PMOS功率管Mp7、NMOS功率管Mn1、NMOS功率管Mn2、NMOS功率管Mn3、NMOS功率管Mn4以及电压选择模块200；

电流源I1的输入端与PMOS功率管Mp5的漏极和栅极共接于PMOS功率管Mp4的栅极，PMOS功率管Mp4的源极与PMOS功率管Mp5的源极、PMOS功率管Mp6的源极以及PMOS功率管Mp7的源极共接于直流电源VDD，PMOS功率管Mp4的漏极与电压选择模块200的电源端共接于PMOS功率管Mp3的源极，PMOS功率管Mp3的栅极接入分压反馈电压VFB（其是采样电阻对低压差线性稳压器的输出电压进行采样所获得的），PMOS功率管Mp6的栅极和漏极与PMOS功率管Mp7的栅极共接于NMOS功率管Mn1的漏极，PMOS功率管Mp7的漏极与NMOS功率管Mn2的漏极共接作为误差放大器的输出端VEA_OUT，NMOS功率管Mn1的栅极与NMOS功率管Mn2的栅极共接并接入第二控制信号VBN2，NMOS功率管Mn1的源极与PMOS功率管Mp3的漏极共接于NMOS功率管Mn3的漏极，NMOS功率管Mn2的源极与电压选择模块200的输出端共接于NMOS功率管Mn4的漏极，NMOS功率管Mn3的栅极与NMOS功率管Mn4的栅极共接并接入第一控制信号VBN1，电流源I1的输出端与NMOS功率管Mn3的源极以及NMOS功率管Mn4的源极共接于等电势地。

进一步地，如图4所示，电压选择模块200包括PMOS功率管Mp1和PMOS功率管Mp2，PMOS功率管Mp1的栅极和PMOS功率管Mp2的栅极分别为电压选择模块200的第一输入端和第二输入端，PMOS功率管Mp1的源极与PMOS功率管Mp2的源极的共接点为电压选择模块200的电源端，PMOS功率管Mp1的漏极与PMOS功率管Mp2的漏极的共接点为电压选择模块200的输出端。

以下结合工作原理对上述的软启动电路作进一步说明：

在斜坡电压产生模块100中，第一使能控制信号EN和第二使能控制信号EN_N分别控制PMOS功率管Mp8和NMOS功率管Mn5的通断，通过NMOS功率管Mn5在每次上电前对电容C1进行放电以确保斜坡电压VRMP的初始状态是由零电压开始的，PMOS功率管Mp9和PMOS功率管Mp10组成电流镜在第一使能控制信号EN变为1时开始对电容C1进行充电以产生斜坡电压VRMP。为了使产生斜坡电压VRMP的过程足够长，并尽量采用电容量较小的电容C1以节省芯片面积，则需要将对电容C1的充电电流设置得很小，所以要适当设计好PMOS功率管Mp9和PMOS功率管Mp10的比例（如N:1）。对于电压选择模块200，其从一上电开始就对固定参考电压VREF和斜坡电压VRMP进行比较，并选择两者中电压最小者（固定参考电压VREF或斜坡电压VRMP）作为低压差线性稳压器的参考电压VRO输出。

根据上述工作原理，图5示出了第一使能控制信号EN、固定参考电压VREF、斜坡电压VRMP及参考电压VRO的波形关系，当第一使能控制信号EN由0变为1时，斜坡电压产生模块100中的PMOS功率管Mp9和PMOS功率管Mp10所组成电流镜开始对电容C1充电，进而产生一个初始状态为零开始逐步升压的斜坡电压VRMP，然后由电压选择模块200对固定参考电压VREF和斜坡电压VRMP进行比较并选择电压较小的斜坡电压VRMP作为LDO的参考电压VRO，从斜坡电压VRMP升高至固定参考电压VREF使两者的波形相交（如图5所示的点P）开始，电压选择模块200就会选择固定参考电压VREF作为LDO的参考电压VRO，从而实现了平滑转换输出电压，这样就不会使LDO的输出电压中产生过冲电压。

对于软启动电路与误差放大器共用电压选择模块200的部分，如图4所示，误差放大器是包括PMOS功率管Mp1和PMOS功率管Mp2的，相对于传统典型的误差放大器，上述的误差放大器实际上只是多了PMOS功率管Mp2，这样既能够在LDO中实现类似于三端输入的误差放大器功能，又能将PMOS功率管Mp1和PMOS功率管Mp2组成电压选择模块200以实现最小电压的选择，从而能够进一步简化LDO的结构，且易于实现。而在图4所示的误差放大器中，PMOS功率管Mp4和PMOS功率管Mp5组成电流镜为误差放大器提供尾电流，PMOS功率管Mp1的栅极、PMOS功率管Mp2的栅极及PMOS功率管Mp3的栅极作为误差放大器的三个输入端。

本实用新型还提供了一种包括上述软启动电路的低压差线性稳压器。

本实用新型通过在低压差线性稳压器中采用包括斜坡电压产生模块和电压选择模块的软启动电路，斜坡电压产生模块的第一控制端和第二控制端分别接入两个反相的使能控制信号，电源端接入直流电源，地端接等电势地，电压选择模块的第一输入端接入固定参考电压，第二输入端连接斜坡电压产生模块的输出端，输出端输出低压差线性稳压器的参考输出电压，整个软启动电路的结构简单，易于实现，在电路集成时占用较小的芯片面积，且由斜坡电压产生模块从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压，并通过电压选择模块选择固定参考电压与斜坡电压中电压最小者作为低压差线性稳压器的参考电压，进而使软启动电路所输出的电压在固定参考电压与斜坡电压两者之间平滑转换并保持电压值最小，从而使低压差线性稳压器的输出不会产生过冲电压。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低压差线性稳压器的软启动电路，其特征在于，所述软启动电路包括：

第一控制端和第二控制端分别接入相互反相的第一使能控制信号和第二使能控制信号，电源端接入直流电源，地端接等电势地，并从电压为零开始逐步升高电压以输出斜坡电压的斜坡电压产生模块；

第一输入端接入固定参考电压，第二输入端连接斜坡电压产生模块的输出端，输出端输出所述低压差线性稳压器的参考电压，选择所述固定参考电压与所述斜坡电压中电压最小者作为所述参考电压的电压选择模块。

2.如权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述斜坡电压产生模块包括：

PMOS功率管Mp8、PMOS功率管Mp9、PMOS功率管Mp10、PMOS功率管Mp11、电流源IB、NMOS功率管Mn5及电容C1；

所述PMOS功率管Mp8的栅极为所述斜坡电压产生模块的第一控制端，所述PMOS功率管Mp8的源极与所述PMOS功率管Mp9的源极以及所述PMOS功率管Mp10的源极的共接点为所述斜坡电压产生模块的电源端，所述PMOS功率管Mp8的漏极与所述PMOS功率管Mp10的栅极、所述PMOS功率管Mp9的栅极和漏极共接于所述PMOS功率管Mp11的源极，所述PMOS功率管Mp11的栅极与所述NMOS功率管Mn5的栅极的共接点为所述斜坡电压产生模块的第二控制端，所述电流源IB的输入端连接所述PMOS功率管Mp11的漏极，所述NMOS功率管Mn5的漏极与所述电容C1的第一端及所述PMOS功率管Mp10的漏极的共接点为所述斜坡电压产生模块的输出端，所述电流源IB的输出端与所述NMOS功率管Mn5的源极以及所述电容C1的第二端的共接点为所述斜坡电压产生模块的地端。

3.如权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述软启动电路与所述低压差线性稳压器中的误差放大器共用所述电压选择模块；

所述误差放大器包括：

电流源I1、PMOS功率管Mp3、PMOS功率管Mp4、PMOS功率管Mp5、PMOS功率管Mp6、PMOS功率管Mp7、NMOS功率管Mn1、NMOS功率管Mn2、NMOS功率管Mn3、NMOS功率管Mn4以及所述电压选择模块；

所述电流源I1的输入端与所述PMOS功率管Mp5的漏极和栅极共接于所述PMOS功率管Mp4的栅极，所述PMOS功率管Mp4的源极与所述PMOS功率管Mp5的源极、所述PMOS功率管Mp6的源极以及所述PMOS功率管Mp7的源极共接于直流电源，所述PMOS功率管Mp4的漏极与所述电压选择模块的电源端共接于所述PMOS功率管Mp3的源极，所述PMOS功率管Mp3的栅极接入分压反馈电压，所述PMOS功率管Mp6的栅极和漏极与所述PMOS功率管Mp7的栅极共接于所述NMOS功率管Mn1的漏极，所述PMOS功率管Mp7的漏极与所述NMOS功率管Mn2的漏极共接作为所述误差放大器的输出端，所述NMOS功率管Mn1的栅极与所述NMOS功率管Mn2的栅极共接并接入第二控制信号，所述NMOS功率管Mn1的源极与所述PMOS功率管Mp3的漏极共接于所述NMOS功率管Mn3的漏极，所述NMOS功率管Mn2的源极与所述电压选择模块的输出端共接于所述NMOS功率管Mn4的漏极，所述NMOS功率管Mn3的栅极与所述NMOS功率管Mn4的栅极共接并接入第一控制信号，所述电流源I1的输出端与所述NMOS功率管Mn3的源极以及所述NMOS功率管Mn4的源极共接于等电势地。

4.如权利要求3所述的软启动电路，其特征在于，所述电压选择模块包括PMOS功率管Mp1和PMOS功率管Mp2，所述PMOS功率管Mp1的栅极和所述PMOS功率管Mp2的栅极分别为所述电压选择模块的第一输入端和第二输入端，所述PMOS功率管Mp1的源极与所述PMOS功率管Mp2的源极的共接点为所述电压选择模块的电源端，所述PMOS功率管Mp1的漏极与所述PMOS功率管Mp2的漏极的共接点为所述电压选择模块的输出端。

5.一种低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括如权利要求1至4任一项所述的软启动电路。

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