CN207337258U - Cmos低压差线性稳压器、芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CMOS低压差线性稳压器、芯片，其中，CMOS低压差线性稳压器，包括依次连接的偏置电路、带隙基准源电路、误差放大电路、过温保护电路、过流保护电路以及输出电路；所述偏置电路，采用与电源电压无关以及与温度系数相反的电阻串联的偏置结构；所述带隙基准源电路，采用与绝对温度成正比的电流型带隙基准结构；所述误差放大电路，采用三级运放结构；所述过温保护电路，由比较器、温度检测控制电路和温度回滞控制电路构成；所述过流保护电路，由比较器和电流采样控制电路构成；所述输出电路，采用功率调整管和负载级联的结构。本实用新型良好地解决了无电容型低压差线性稳压器的稳定性问题。

Description

CMOS低压差线性稳压器、芯片

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种CMOS低压差线性稳压器、芯片。

背景技术

稳压器是能够稳定输出电压的电路器件，它能够自动调节输出电压，将波动较大或者不满足产品工作需求的电源电压稳定在其设定的正常工作范围内，为负载提供一个恒定的输出电压，从而使负载能在额定工作电压下正常工作。随着消费类电子产品的迅速普及，以及半导体制造工艺的逐步提升，稳压器中的低压差线性稳压器被大量应用在消费类电子产品中，这是因为，低压差线性稳压器性能优异，能够给电路系统中的各个模块供应稳定的直流电压。

然而，传统的无电容型的低压差线性稳压器，在满足性能和工艺的同时，需要牺牲电路的稳定性。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种CMOS低压差线性稳压器、芯片。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种CMOS低压差线性稳压器，包括依次连接的偏置电路、带隙基准源电路、误差放大电路、过温保护电路、过流保护电路以及输出电路；

所述偏置电路，采用与电源电压无关以及与温度系数相反的电阻串联的偏置结构；

所述带隙基准源电路，采用与绝对温度成正比的电流型带隙基准结构；

所述误差放大电路，采用三级运放结构；

所述过温保护电路，由比较器、温度检测控制电路和温度回滞控制电路构成；

所述过流保护电路，由比较器和电流采样控制电路构成；

所述输出电路，采用功率调整管和负载级联的结构。

进一步的，还包括补偿电路，所述补偿电路采用反向增益级结构，所述过流保护电路通过所述补偿电路和所述输出电路连接。

进一步的，所述三级运放结构的第一级为误差放大器，第二级为缓冲器，第三级为PMOS功率管。

进一步的，所述反向增益级结构包括两个补偿电容。

另一方面，提供了一种芯片，包括芯片本体和所述的CMOS低压差线性稳压器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例通过在传统的低压差线性稳压器结构的基础上，增加补偿电路和过温保护、过流保护电路，以及提供启动电流和偏执电流的偏置电路，良好的解决了无电容型低压差线性稳压器的稳定性问题，且在负载电流降至零时仍能保持稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的一种CMOS低压差线性稳压器的模块示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种CMOS低压差线性稳压器的模块示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的一种带隙基准源电路图；

图4是本实用新型实施例一提供的一种误差放大电路图；

图5是本实用新型实施例一提供的一种过温保护电路；

图6是本实用新型实施例一提供的一种过流保护电路图；

图7是本实用新型实施例一提供的一种补偿电路图；

图8是本实用新型实施例一提供的一种输出电路图；

图9是本实用新型实施例一提供的一种CMOS低压差线性稳压器电路图；

图10是本实用新型实施例一提供的一种CMOS低压差线性稳压器的频率和相位裕度的关系曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种CMOS低压差线性稳压器，参见图1，包括依次连接的偏置电路10、带隙基准源电路20、误差放大电路30、过温保护电路40、过流保护电路50以及输出电路60；

所述偏置电路10，采用与电源电压无关以及与温度系数相反的电阻串联的偏置结构；

所述带隙基准源电路20，采用与绝对温度成正比的电流型带隙基准结构；

所述误差放大电路30，采用三级运放结构；

所述过温保护电路40，由比较器、温度检测控制电路和温度回滞控制电路构成；

所述过流保护电路50，由比较器和电流采样控制电路构成；

所述输出电路60，采用功率调整管和负载级联的结构。

具体的，为了给整个CMOS低压差线性稳压器提供可靠而稳定的偏置电流，因此为带隙基准源电路20单独设计了偏置电路10，比整体电路的偏置建立时间早，使得在误差放大电路30中的误差放大器进入工作状态之前将参考电压建立。偏置电路10采用与电源电压无关，温度系数相反的电阻串联的偏置结构，目的是减小电源和温度变化对偏置电流的影响。

参见图2，在本实施例中，还包括补偿电路70，所述补偿电路70采用反向增益级结构，所述过流保护电路50通过所述补偿电路70和所述输出电路60连接。

参见图3，由于BJT管的基极—发射极电压具有负温度系数，而V_T具有正温度系数，因此调节电阻的大小可将正负温度系数抵消，从而得到一个与温度无关的基准电压。

参见图4，在本实施例中，所述三级运放结构的第一级为误差放大器，第二级为缓冲器，第三级为PMOS功率管。

具体的，低压差线性稳压器的误差放大电路30类似于三级运放的结构，其中第三级为PMOS功率管，而前两级分别为第一级误差放大器和第二级缓冲器。

参见图5，过温保护电路40主要由比较器、温度检测控制电路、温度回滞控制电路以及功率管关断控制管构成。

参见图6，过流保护电路50使用电流镜方式对输出电流进行采样，主要由比较器、电流采用控制电路构成。

参见图7，在本实施例中，所述反向增益级结构包括两个补偿电容。

具体的，所述补偿电路70为衰减系数控制频率补偿电路70，该补偿电路70将缓冲器输出极点和低压差线性稳压器输出极点构成复杂极点，并与密勒补偿电容的极点分裂效果相结合，将次极点推到适当位置。

参见图8，输出电路60由功率调整管和负载构成，而负载由C_L、R_L及I_OUT构成。

参见图9，在本实施例中，还提供了一种CMOS低压差线性稳压器的电路图，图中各电路以symbol方式呈现，其中，偏置电路10为各级电路提供合适的偏置电压；带隙基准源电路20为后级电路提供稳定的电流并作为低压差线性稳压器的输入级；误差放大电路30包括第一误差放大器30A、第二误差放大器30B，用来比较输出反馈取样信号与基准电压，并控制着后级电路的工作状态，使输出保持稳定；过温保护电路40具有温度回滞功能，避免了电路在关断温度附近发生震荡；过流保护电路50保证功率管在电路超载或短路时不被烧毁；补偿电路70在稳定性、响应时间方面具有较好的特性；输出电路由功率调整管和负载共同构成。

具体地，所述偏置电路10的输入端接6V电源vdd，输出端为Vb、Vb1、Vb2、Vb3、Vb4，其中，通过Vb连接带隙基准源电路20和过温保护电路40，为带隙基准源和过温保护电路40提供适当的偏置；通过Vb1连接过流保护电路50和误差放大电路30，从而为过流保护电路50和第二误差放大器30B提供适当的偏置电压；通过Vb1、Vb2、Vb3和Vb4连接第一误差放大器30A，为第一误差放大器30A提供适当的偏置；通过Vb1和Vb4连接过流保护电路50，为过流保护电路50为提供适当的偏置电压；通过Vb连接过温保护电路40，过温保护电路40提供适当的偏置电压。

具体地，带隙基准源电路20的输入端接6V电源vdd和偏置电路10提供的偏置电压Vb，通过带隙基准源电路20连接过温保护电路40、过流保护电路50以及第一误差放大器30A，为过温保护电路40、过流保护电路50以及第一误差放大器30A提供稳定的基准电压；所带隙基准源电路20为整个低压差线性稳压器的输入级。

具体地，所述误差放大电路30包括第一误差放大器30A、第二误差放大器30B，输入端接6V电源vdd和偏置电压Vb1、Vb2、Vb3、Vb4，并且通过in1端与补偿电路70连接，该误差放大电路30采用PMOS管作为输入，可降低输入噪声的影响，电流镜采用的是自偏置的cascode电流镜；第一误差放大器30A的正向输入为基准电压带隙基准源电路20，负向输入连接功率调整管的漏级构成反馈回路，输出连接着第二误差放大器30B的输入；误差放大电路30的输出连接着输出电路60的功率调整管的栅极。

具体地，所述过温保护电路40的输入端接6V电源vdd和偏置电路10提供的偏置电压Vb，通过输出Vg连接过流保护电路50的输入端。

具体地，所述过流保护电路50的输入端接6V电源vdd和偏置电压Vb1和Vb4，通过Vg连着过温保护电路40的输出端，通过输出Vout连接着低压差线性稳压器的输出端。

具体地，所述补偿电路70的输入端接6V电源vdd，通过in端连接着第一误差放大器30A的输出，其输出端通过一个补偿电容把输入输出连起来构成密勒补偿结构。

具体地，所述输出电路60中，功率调整管MP的栅极连接着第二级运算放大器的输出Vg，漏极连接着负载电阻RL和负载电容CL构成低压差线性稳压器的输出，并且通过Vp连接第一误差放大器30B的负向输入端构成反馈回路。

参见图10，图10示出了一种低压差线性稳压器的稳定性仿真曲线，得到该曲线的工作条件是：电源工作电压±6V，静态工作电流小于500mA，所有corner正常工作，负载电容小于500pF，采用CSMC 0.5um CMOS工艺。其中，横坐标表示频率的变化范围，纵坐标表示相位裕度的变化范围。从图10可以得出，当输入电压Vdd＝2.7V时，相位裕度最小，为PM＝180°－97.4°＝82.6°。

本实用新型实施例通过在传统的低压差线性稳压器结构的基础上，增加补偿电路和过温保护、过流保护电路，以及提供启动电流和偏执电流的偏置电路，良好的解决了无电容型低压差线性稳压器的稳定性问题，且在负载电流降至零时仍能保持稳定。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种芯片，包括芯片本体和实施例一中提供的CMOS低压差线性稳压器。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、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CMOS低压差线性稳压器，其特征在于，包括依次连接的偏置电路、带隙基准源电路、误差放大电路、过温保护电路、过流保护电路以及输出电路；

所述偏置电路，采用与电源电压无关以及与温度系数相反的电阻串联的偏置结构；

所述带隙基准源电路，采用与绝对温度成正比的电流型带隙基准结构；

所述误差放大电路，采用三级运放结构；

所述过温保护电路，由比较器、温度检测控制电路和温度回滞控制电路构成；

所述过流保护电路，由比较器和电流采样控制电路构成；

所述输出电路，采用功率调整管和负载级联的结构。

2.根据权利要求1所述的CMOS低压差线性稳压器，其特征在于，还包括补偿电路，所述补偿电路采用反向增益级结构，所述过流保护电路通过所述补偿电路和所述输出电路连接。

3.根据权利要求1所述的CMOS低压差线性稳压器，其特征在于，所述三级运放结构的第一级为误差放大器，第二级为缓冲器，第三级为PMOS功率管。

4.根据权利要求2所述的CMOS低压差线性稳压器，其特征在于，所述反向增益级结构包括两个补偿电容。

5.一种芯片，包括芯片本体和权利要求1-4任一项所述的CMOS低压差线性稳压器。