CN204242021U - 一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器，属于低压差线性稳压器领域，主要由误差放大器和调整功率管组成，调整功率管源极接电源电压，漏极与电阻R1、R2依次连接，电阻R2一端接地，栅极连接误差放大器输出端；误差放大器反向输入端接基准电压，同向输入端接在电阻R1、R2之间；还设置有另外两个NMOS管，即第一NMOS管和第二NMOS管，第一NMOS管栅极接调整功率管漏极，漏极接输入电压，源极接第二NMOS管漏极；第二NMOS源极接地，栅极与调整功率管栅极相连，第一NMOS管源极电压为输出电压。本实用新型增强了低压差线性稳压器驱动大电流负载的能力和系统的稳定性。

Description

一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器

技术领域

本实用新型涉及低压差线性稳压器领域，具体涉及一种通过增加NMOS来上拉和下拉电流，从而实现能驱动大电流负载的低压差线性稳压器。

背景技术

随着超大规模集成电路技术的发展，便携式电源管理技术的重要性得到业界的一致认可，所有产品都离不开可靠稳定的电源，低压差线性稳压器具有稳定性高、可靠性好、成本较低、较好的负载瞬态特性、无开关噪声、电磁干扰小和电路简单等特点。传统低压差线性稳压器电路图如图1所示，由误差放大器、调整功率管、反馈网络组成，该结构虽然压差很小，但是不能驱动大电流（安培级）负载，且采用单个PMOS作为调整功率管面积较大，适合于一些性能要求低且负载电流低的小型稳压结构，实用性较弱。

负载电流变化大，会导致电路的极点变化很不规律，传统的LDO在牺牲很大的PMOS尺寸也几乎不能驱动0~3A的负载电流，因为过大的PMOS尺寸导致其有很大的寄生电容从而使得弥勒补偿失效。因而，随着电源技术的不断提升，驱动负载能力不断增加，急需找到解决驱动大负载情况下系统的稳定性问题的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通过增加两个NMOS既可以实现上拉和下拉电流能力，还可以驱动大电流负载的低压差线性稳压器，且输出电压稳定。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器，主要由误差放大器和调整功率管MP1组成，所述调整功率管MP1源极接电源电压，漏极与电阻R1、R2依次连接，电阻R2一端接地，调整功率管MP1的栅极连接误差放大器输出端；所述误差放大器反向输入端接基准电压，同向输入端接在电阻R1、R2之间；还设置有另外两个NMOS管，即第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管栅极接调整功率管漏极，漏极接输入电压，源极接第二NMOS管漏极；所述第二NMOS源极接地，栅极与调整功率管栅极相连，第一NMOS管源极电压为输出电压。电阻R1、R2构成系统的负反馈网络，从而实现稳定输出电压的功能；漏极通过驱动一个NMOS管来实现上拉电流能力，从NMOS管的源极输出，降低该点的电阻，从而增大极点，实现系统的稳定。

作为改进，还设置有电阻R，所述电阻R两端分别连接第一NMOS管栅极和源极。该电阻R用于实现较大的上拉电流能力时驱动第一NMOS管，从而上拉出大的负载电流

另外，所述误差放大器为两级共源共栅运放。

本实用新型的有益效果是：所提供的驱动大电流负载的低压差线性稳压器，解决了驱动负载电流范围过大而造成系统不稳定的问题，保证系统电压的稳定输出。也降低了大尺寸功率管所产生的寄生电容电阻，更加有效地利用弥勒补偿来实现系统的稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为改进前的低压差线性稳压器电路图。

图2为改进后的能驱动大电流负载的低压差线性稳压器。

图3为本实用新型中负载电流为1mA时的交流仿真曲线图。

图4为本实用新型中负载电流为100mA时的交流仿真曲线图。

图5为本实用新型中负载电流为1A时的交流仿真曲线图。

图6为本实用新型中负载电流为2A时的交流仿真曲线图。

图7为本实用新型中负载电流为3A时的交流仿真曲线图。

图8为本实用新型中负载电流从0A跳变到3A的瞬态仿真示意图。

具体实施方式

为解决由于大电流负载造成系统稳定性问题，本实用新型提供一种降低PMOS调整功率管子的尺寸，从而降低其寄生电容，以解决过大的寄生电容造成该处产生较低的极点从而造成系统的不稳定性。通过接一个NMOS，从NMOS的源端输出，既能降低PMOS栅、源端的寄生电容又能减小输出电阻，从而增大次主极点，使整个LDO系统稳定。采用两个NMOS作为功率调整管，实现0~3A大电流的上拉和下拉能力。

一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器，主要由误差放大器和调整功率管组成，调整功率管源极接电源电压，漏极与反馈网络的电阻R1、R2相连接，电阻R2一端接地，R1与R2的取值取决于所要稳定的输出电压大小，栅极连接误差放大器输出端；误差放大器反向输入端接基准电压，同向输入端接在电阻R1、R2之间；还设置有另外两个NMOS管，即第一NMOS管和第二NMOS管，第一NMOS管栅极接调整功率管漏极，漏极接输入电压，源极接第二NMOS管漏极；第二NMOS源极接地，栅极与调整功率管栅极相连，第一NMOS管源极电压为输出电压。

对于吸负载电流，由PMOS和两个NMOS功率管组成，前面的PMOS可以采用较小的尺寸相对后面的NMOS，只要保证有80uA的静态电流来定PMOS管子的尺寸。后面的NMOS管子的尺寸达到上万级微米的尺寸，因为要驱动0~3A的负载电流。当灌电流足够大时，R两端会产生足够的压差，使得第一NMOS管MN1导通，从而实现驱动大电流的负载。采用NMOS结构还可以一定程度的减小版图面积因为NMOS的迁移率大于PMOS的迁移率。这种发明的接法有效的降低了PMOS采用大尺寸从而减小寄生电容Cpar，使非主极点移到单位增益带宽外，保证了系统的稳定性。

当实现灌负载电流时候，是通过第二NMOS管MN2来实现，要实现0~3A的源电流，其MN2的尺寸要求较大，因此在实际电路中会在MN2前一级采用一个缓冲器，可以直接是一个源随器来降低电阻，从而弥补大尺寸产生大电容的缺陷。从而实现0~3A的源电流稳定输出。

尽管能实现大电流的上拉及下拉能力，在一定程度降低了该点的寄生电阻电容，但该系统仍然需要补偿，采用本实用新型的电路结构，降低了寄生电容电阻是保证更有效的使弥勒（Miller）补偿产生明显的效果，因为弥勒补偿的前提是栅源两端的寄生电容必须小于弥勒补偿电容。采用该电路结构后，用4pF的弥勒电容就可以达到系统稳定。

图2是本实用新型所采用驱动大电流负载的低压差线性稳压器电路结构示意图。其通过两个NMOS调整管实现上拉负载电流和下拉电流负载能力。该驱动大电流的低压差线性稳压器的系统包括带隙基准模块、误差放大器模块、调整功率管模块、反馈网络模块、负载网络模块。

带隙基准模块采用带隙基准电路，做到温漂系数小于5ppm，提供稳定不受温度、电源变化的基准电压0.9V作为本系统的参考电压。

误差放大器模块采用两级运放且负载为共源共栅结构来保证足够的增益以确保输出电压的精度。误差放大器的增益做到了100dB左右，使整个系统的输出电压偏差在10mV以内，且足够的增益可以保证整个驱动大负载电流的低压差线性稳压器具有良好的环路反应速度。

调整功率管采用两个尺寸大的NMOS作为驱动0~3A负载电流，且源负载电流足够大的时候，使得R两端有足够的压差打开MN1管子，从而实现源负载电流。且输出从NMOS的源级输出，降低了输出端的电阻，弥补了大尺寸NMOS产生的大寄生电容。

所述反馈网络采用电阻分压作为负载网络，实现不同的输出电压。

所述负载网络采用Cb为20pF的陶瓷电容，作为输出端的稳压电容。

图3、图4、图5、图6、图7分别是负载电流为1mA、100mA、1A、2A、3A的交流仿真曲线图，由图可知，其相位裕度至少是在45度以上，满足了系统稳定性的基本条件，在3A的负载电流的情况下，相位裕度在55度左右，证明在驱动这么大的负载电流情况下仍然能较好的保证了系统的稳定性。图8为负载从0A跳变到3A的瞬态仿真示意图，由仿真示意图可知，很好的瞬态特性，过冲控制在340mV内。

Claims (3)

1.一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器，主要由误差放大器和调整功率管组成，所述调整功率管源极接电源电压，漏极与电阻R1、R2串联，电阻R2一端接地，栅极连接误差放大器输出端；所述误差放大器反向输入端接基准电压，同向输入端接在电阻R1、R2之间；其特征在于，还设置有另外两个NMOS管，即第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管栅极接调整功率管漏极，漏极接输入电压，源极接第二NMOS管漏极；所述第二NMOS源极接地，栅极与调整功率管栅极相连，第一NMOS管源极电压为输出电压。

2.如权利要求1所述的一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器，其特征在于，还设置有电阻R，所述电阻R两端分别连接第一NMOS管栅极和源极。

3.如权利要求1或2所述的一种驱动大电流负载的低压差线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器为两级共源共栅运放。