CN212411086U - 电源稳压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电源稳压电路，包括：微分器，用于产生基准电压；响应模块，用于接收所述基准电压并生成初始电压；补偿模块，用于接收初始电压并生成补偿电压；放大模块，用于接收所述补偿电压并输出补偿电流；其中，所述响应模块还用于接收所述补偿电流并生成输出电压。本实用新型通过补偿模块产生补偿电压后通过放大模块，放大模块将补偿电压进行放大后输出补偿电流至响应模块，则响应模块根据接收的补偿电流改变静态工作点，以将微分器的高频极点推到单位增益带宽外，从而减少负载切换时的过冲和下冲现象，以提高电源信号的稳定性。

Description

电源稳压电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其是涉及一种电源稳压电路。

背景技术

随着集成电路技术的发展，越来越多的手持式电子设备层出不穷，因此高效率、低成本的电源管理芯片市场需求越来越大。其中，在电源管理芯片领域，低压差线性稳压器由于电路结构简单、占用面积小、低功耗等优势得到广泛应用。

由于手持电子设备朝着小型化、智能化和SOC系统化等的方向发展，则传统的线性稳压器已不再适合应用需求，因此出现了集成的无电容型线性稳压器电路(CAP_LESS_LDO)，但是无电容型线性稳压器电路(CAP_LESS_LDO)相对传统的线性稳压器可以消除外接无源原件产生的寄生键合线性电感和电阻，还可以减少电感电磁等干扰，更加稳定可靠。但是无电容型线性稳压器电路(CAP_LESS_LDO)在负载切换时会产生较大的过冲和下冲现象，降低了电源信号的稳定性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种电源稳压电路，能够减少负载切换时电源系统出现的过冲和下冲的现象，以提高电源信号的稳定性。

本实用新型的一个实施例提供了电源稳压电路，包括：

微分器，用于产生基准电压；

响应模块，用于接收所述基准电压并生成初始电压；

补偿模块，用于接收初始电压并生成补偿电压；

放大模块，用于接收所述补偿电压并输出补偿电流；

其中，所述响应模块还用于接收所述补偿电流并生成输出电压。

本实用新型实施例的电源稳压电路至少具有如下有益效果：通过补偿模块产生补偿电压后通过放大模块，放大模块将补偿电压进行放大后输出补偿电流至响应模块，响应模块根据接收的补偿电流生成输出电压，通过补偿电流改变原本的静态工作点，以将微分器的高频极点推到单位增益带宽外，从而减少负载切换时的过冲和下冲现象，以提高电源信号的稳定性。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述补偿模块包括：

转换单元，电连接于所述响应模块，用于将所述初始电压转换为第一电流；

补偿单元，电连接于所述转换单元，用于将所述第一电流转换为补偿电压。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述响应模块包括：第一MOS管、第一电阻以及第二电阻；

所述第一MOS管的栅极连接所述转换单元；

所述第一MOS管的漏极连接电源；

所述第一MOS管的源极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地。

根据本实用新型的另一实施例的电源稳压电路，所述响应模块还包括：第一电容；

所述第一电容的一端连接于所述第一MOS管的源极和所述第一电阻之间，另一端接地

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述转换单元包括：补偿电容；

所述补偿电容的一端连接所述第一MOS管的栅极，另一端连接所述补偿单元。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述转换单元包括：补偿电容；

所述补偿电容的一端连接所述第一MOS管的栅极，另一端连接所述补偿单元。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述补偿电容的取值范围为：1pf～10pf。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述补偿电容通过所述补偿单元和所述放大模块得到等效电容，所述等效电容与所述补偿电容和所述放大模块的放大倍数呈正相关。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述补偿单元包括：第二MOS管、第三MOS管以及第三电阻；

所述第二MOS管的栅极连接所述补偿电容的一端；

所述第二MOS管的漏极接地；

所述第二MOS管的源极连接所述第三MOS管的源极；

所述第三MOS管的漏极连接电源；

所述第三电阻的一端连接所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极之间，所述第三电阻的另一端连接所述补偿电容。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述放大模块包括：第四MOS管和第五MOS管；

所述第四MOS管的栅极连接于所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极之间；

所述第四MOS管的漏极接地；

所述第四MOS管的源极连接所述第五MOS管的源极；

所述第五MOS管的漏极连接电源；

所述第一MOS管的栅极连接于所述第四MOS管的源极和所述第五MOS管的源极之间。

根据本实用新型的另一些实施例的电源稳压电路，所述微分器的输出端连接第一MOS管的栅极，所述微分器的同相输入端连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述微分器的反相输入端连接输入电压。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本实用新型实施例中电源稳压电路的一具体实施例模块框图；

图2是本实用新型实施例中电源稳压电路的一具体实施例电路原理图。

附图标记：100、微分器；200、补偿模块；210、转换单元；220、补偿单元；300、放大模块；400、响应模块。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

目前，为了适应运动手环、智能手表等小型电子设备，小型电子设备的电源上集成无电容线性稳压器电路，与传统的稳压电路相比，无电容线性稳压器电路可以消除外接无源原件产生的寄生键合线电感和电阻，还可以减少电感电磁等干扰，更加稳定可靠。但是无电容线性稳压器电路在负载切换时会产生较大的过冲和下冲现象，为了减少负载切换时输出过冲和下冲的情况，一般在无电容线性稳压器电路的输出端连接一个小于100pf的电容，当负载切换时通过电容的存储和泄放功能减少其影响。常规的无电容线性稳压器电路一般由一级运放和一级输出PMOS功率管组成，常规的无电容线性稳压器电路利用米勒补偿的办法在输出PMOS功率管的栅极和漏极连接米勒补偿电容，以将主极点推到低频，次极点推到单位增益宽带之外。但是由于无电容线性稳压器电路的输出端连接的电容是一个不小于100pf的电容，基于常规的补偿办法是在最差的情况下将系统的次极点推到2.2倍的单位增益宽带之外以及将米勒补偿电容产生的零点推到10倍的单位增益宽带之外，这就需要保证最差情况下PMOS功率管的跨导是第一级运放的输入对管跨导的10倍，且米勒补偿电容是无电容线性稳压器电路输出电容的0.22倍，对于一个无电容线性稳压器电路输出端连接100pf的电容的设计就需要一个22pf的米勒补偿电容来保证系统的环路稳定性，这种设计会导致系统的单位增益带宽减小且芯片的面积增大。因此如何通过一个较小电容去等效一个较大的米勒补偿电容成为设计的关键。

本申请提供了一种电源稳压电路，通过一个较小电容去等效实现米勒电容，不但减少了无电容线性稳压器电路的面积也提高了单位增益带宽，还快速响应系统的输出负载变化，使得在同样功耗和相同输出电容的情况下瞬态的过冲和下冲现象也大幅度减少。

参照图1，本实用新型实施例公开了一种电源稳压电路，包括：微分器100、补偿模块200、放大模块300和响应模块400；微分器100用于产生基准电压；响应模块400电连接于微分器100，用于接收基准电压并生成初始电压；补偿模块200电连接于微分器100，用于接收初始电压并生成补偿电压；放大模块300电连接于补偿模块200，用于接收补偿电压并输出补偿电流；响应模块400还电连接于放大模块300，并用于接收补偿电流以生成输出电压。

响应模块400接收基准电压后生成初始电压，再通过补偿模块200输出的补偿电压，放大模块300将补偿电压转换为补偿电流，且该补偿电流为放大后的电流以满足响应模块400需要的补偿电流，以便于通过补偿模块、放大模块和响应模块400一起实现米勒补偿法，以快速响应电源系统输出负载的变化，使得在同等功耗和相同输出电容的情况下瞬态的下冲和过冲现象也减少，从而保证电源系统的稳定性。

参照图2，在一些实施例中，其中，初始电压为变化的电压，补偿模块200包括：转换单元210和补偿单元220，转换单元210电连接于响应模块400，用于将初始电压转换为第一电流；补偿单元220电连接于转换单元210，用于将第一电流转换为补偿电压。

转换单元210将响应模块400输出的初始电压再转换为第一电流，然后通过补偿单元220将第一电流转换为补偿电压，再通过放大模块300将补偿电压转换为补偿电流，且输出较大的补偿电流至响应模块400，响应模块400接收补偿电流并生成输出电压，且输出电压为补偿后的输出电压，输出电压与初始电压的取值不同。通过补偿模块和放大模块输出补偿电流以实现电路的电流补偿，以将次极点推到单位增益带宽之外。因此通过设置转换单元210和补偿单元220以提高补偿电流至响应模块400，实现响应模块400输出的电压稳定，以减少输出过冲和下冲的现象。

在一些实施例中，响应模块400包括：第一MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1；第一MOS管Q1的栅极连接转换单元210；第一MOS管Q1的漏极连接电源；第一MOS管Q1的源极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；第一电容C1的一端连接第一MOS管Q1的源极和第一电阻R1之间，第一电容C1的另一端接地。

其中，第一MOS管Q1的源极输出初始电压，且转换单元210连接第一MOS管Q1的源极。因此第一MOS管Q1输出端的初始电压通过转换单元210转换成第一电流，再通过补偿单元220以输出补偿电压，从而产生的补偿电压通过放大模块300转换成补偿电流，再输出至第一MOS管Q1的栅极，进而补偿第一MOS管Q1，以提高第一MOS管Q1的输出电压，实现将微分器100的高频极点推到系统的单位增益带宽外，则微分器100的两个高频极点对系统环境稳定性的影响可以忽略。

在一些实施例中，转换单元210包括：补偿电容Cc；补偿电容Cc的一端连接第一MOS管Q1的栅极，另一端连接补偿单元220。

其中，补偿电容Cc的取值范围为：1pf～10pf，且补偿电容通过补偿单元和放大模块得到等效电容，等效电容与补偿电容Cc和放大模块的放大倍数呈正相关。因此，若放大倍数为100，只需要取值为1pf～10pf范围内的补偿电容既可以等效为100～1000pf区间的等效电容。通过补偿单元和放大模块可以得到与补偿电容Cc取值不同的等效电容，既将较小的补偿电容Cc等效较大的等效电容，以减少补偿电容Cc的大小，且能够减少电源系统的过冲和下冲现象。

补偿单元220包括：第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第三电阻R3；第二MOS管Q2的栅极连接补偿电容Cc的一端；第二MOS管Q2的漏极接地；第二MOS管Q2的源极连接第三MOS管Q3的源极；第三MOS管Q3的漏极连接电源；第三电阻R3的一端连接第二MOS管Q2的源极和第三MOS管Q3的源极之间，第三电阻R3的另一端连接补偿电容Cc的一端。

放大模块300包括：第四MOS管Q4和第五MOS管Q5；第四MOS管Q4的栅极连接第二MOS管Q2的源极和第三MOS管Q3的源极之间；第四MOS管Q4的漏极接地；第四MOS管Q4的源极连接第五MOS管Q5的源极；第五MOS管Q5的漏极连接电源；第一MOS管Q1的栅极连接第四MOS管Q4的漏极和第五MOS管Q5的源极之间。

其中，微分器100的输出端连接第一MOS管Q1的栅极，且微分器100的同相输入端连接第一电阻R1和第二电阻R2之间，微分器100的反相输入端连接输入电压。

补偿模块200由补偿电容Cc、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第三电阻R3组成，第一MOS管Q1输出初始电压后，初始电压通过补偿电容Cc转换成第一电流，然后第一电流通过第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第三电阻R3组成的跨阻放大器转换成补偿电压，因此通过第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第三电阻R3产生补偿电压，第四MOS管Q4和第五MOS管Q5实现将补偿电压放大Av＝gm_Q4*R3倍数的功能，切中gm_Q4表示在交流小信号时第四MOS管控制能力的参数。因此，只需要一个小的补偿电容Cc即可等效实现容值为Cc*Av的电容。通过利用补偿模块200的电路设置产生补偿电流，再通过放大模块300进行放大，以输出的放大的补偿电流至响应模块400，实现主极点和次极点的分裂，将微分器100的高频极点推到电源系统的单位增益带宽外。因此，当Av为100时，可以通过一个2pf的补偿电容Cc实现200pf的补偿特性，既满足了小空间的要求，又能提高电源系统输出电源信号的稳定性。由于微分器100是一个高通特性的滤波器，只能响应电源系统的瞬态变化，且不会影响系统的低频特性，通过设置补偿模块200和放大模块300，能够减少电源系统的输出过冲和下冲的情况。

其中，第三MOS管Q3和第五MOS管Q5给微分器100和响应模块400提供直流工作点，直流工作点也称为静态工作点。所谓静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些直流电流，电压的数值在三极管特性曲线上表示为一个确定的点，设置静态工作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态。可以通过改变电路参数来改变静态工作点，这就可以设置静态工作点。由于微分器100在频域表现为一个直流点存在一个静态工作点，高频存在两个寄生极点的传输函数。通过将此微分器100的高频极点推到电源系统的单位增益带宽GBW外，从而此两个高频极点对系统的环路稳定性的影响可以忽略。因此，本申请通过设置补偿模块200和放大模块300来改变静态工作点，以将微分器100的高频极点推到电源系统的单位增益带宽外，从而减少电源系统的输出过冲和下冲现象。

下面参考图2以一个具体的实施例详细描述根据本实用新型实施例的电源稳压电路。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对实用新型的具体限制。

通过补偿电容Cc将第一MOS管Q1的源极输出的初始电压转换为第一电流，第一电流通过第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第三电阻R3组成的跨阻放大器转换成补偿电压，补偿电压又通过第四MOS管Q4和第五MOS管Q5组成的共源极放大器产生补偿电流，以能够快速且产生较大的电流补偿至第一MOS管Q1的栅极，从而改变第一MOS管Q1的输出电压，进而改变微分器100的静态工作点，以将微分器100的高频极点推到电源系统的单位增益带宽外，从而两个高频极点对于电源系统的环路稳定的影响可以忽略，因此减少了微分器100的输出过冲和下冲的现象。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.电源稳压电路，其特征在于，包括：

微分器，用于产生基准电压；

响应模块，用于接收所述基准电压并生成初始电压；

补偿模块，用于接收初始电压并生成补偿电压；

放大模块，用于接收所述补偿电压并输出补偿电流；

其中，所述响应模块还用于接收所述补偿电流并生成输出电压。

2.根据权利要求1所述的电源稳压电路，其特征在于，所述补偿模块包括：

转换单元，电连接于所述响应模块，用于将所述初始电压转换为第一电流；

补偿单元，电连接于所述转换单元，用于将所述第一电流转换为补偿电压。

3.根据权利要求2所述的电源稳压电路，其特征在于，所述响应模块包括：第一MOS管、第一电阻以及第二电阻；

所述第一MOS管的栅极连接所述转换单元；

所述第一MOS管的漏极连接电源；

所述第一MOS管的源极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的电源稳压电路，其特征在于，所述响应模块还包括：第一电容；

所述第一电容的一端连接于所述第一MOS管的源极和所述第一电阻之间，另一端接地。

5.根据权利要求3所述的电源稳压电路，其特征在于，所述转换单元包括：补偿电容；

所述补偿电容的一端连接所述第一MOS管的栅极，另一端连接所述补偿单元。

6.根据权利要求5所述的电源稳压电路，其特征在于，所述补偿电容的取值范围为：1pf～10pf。

7.根据权利要求5所述的电源稳压电路，其特征在于，所述补偿电容通过所述补偿单元和所述放大模块得到等效电容，所述等效电容与所述补偿电容和所述放大模块的放大倍数呈正相关。

8.根据权利要求5所述的电源稳压电路，其特征在于，所述补偿单元包括：第二MOS管、第三MOS管以及第三电阻；

所述第二MOS管的栅极连接所述补偿电容的一端；

所述第二MOS管的漏极接地；

所述第二MOS管的源极连接所述第三MOS管的源极；

所述第三MOS管的漏极连接电源；

所述第三电阻的一端连接所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极之间，所述第三电阻的另一端连接所述补偿电容。

9.根据权利要求8所述的电源稳压电路，其特征在于，所述放大模块包括：第四MOS管和第五MOS管；

所述第四MOS管的栅极连接于所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极之间；

所述第四MOS管的漏极接地；

所述第四MOS管的源极连接所述第五MOS管的源极；

所述第五MOS管的漏极连接电源；

所述第一MOS管的栅极连接于所述第四MOS管的源极和所述第五MOS管的源极之间。

10.根据权利要求3所述的电源稳压电路，其特征在于，所述微分器的输出端连接第一MOS管的栅极，所述微分器的同相输入端连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述微分器的反相输入端连接输入电压。

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