CN216286362U - 稳压电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种稳压电路与电子设备，所述稳压电路连接在系统外部供电输入端和系统供电电源端之间，包括：启动单元，分别连接所述系统外部供电输入端与稳压单元，用于在所述稳压单元未启动时，基于所述系统外部供电输入端的电压，启动所述稳压单元；稳压单元，连接于所述启动单元与系统供电电源端之间，用于在启动后，判断自所述系统外部供电输入端获取到的输入电压是否达到系统所需电源电压，并在达到系统所需电源电压的情况下将所述输入电压输出至系统供电电源端，在未达到系统所需电源电压的情况下对所述输入电压进行降压处理后输出至系统供电电源端。采用本实用新型所述的稳压电路可以对输入电压进行稳定，适配于宽范围的输入电压，相比于现有方法来说不需要大量的电平转换，可以统一电源域，降低设计的复杂性，减小芯片面积。

Description

稳压电路与电子设备

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种稳压电路与电子设备。

背景技术

芯片内部需要的电压是固定的，芯片中绝大部分器件的耐压性是一致的，而实际情况下输入电压可能是变化的，基于此，为了在输入电压可变的情况下保证芯片内部的电压稳定不变，需要对变化的输入电压进行稳压处理，以避免损坏内部器件。

现有技术中，可以使电路通过大量的电平转换后，再通过LDO(low dropoutregulator，低压差线性稳压器)进行稳压。然而，采用这种方法，需要考虑不同输入电压下所要采用的电平转换，设计上十分复杂。在输入电压变化范围较宽的情况下会产生较多的电源域，所有的信号都需要电平位移器(level shifter)进行处理，且不同的电压会导致时序不同，跨电源域的信号时序分析的难度大大增加。并且，后续进行ESD(Electro-Staticdischarge，静电释放)设计时，也会增加ESD设计的难度，且也会影响其性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种稳压电路与电子设备，以解决现有技术中基于大量电平转换进行稳压时产生较多电源域导致设计复杂、性能低的问题。

具体技术方案如下：

一种稳压电路，所述稳压电路连接在系统外部供电输入端和系统供电电源端之间，包括：启动单元与稳压单元；

所述启动单元，分别连接所述系统外部供电输入端与稳压单元，用于在所述稳压单元未启动时，基于所述系统外部供电输入端的电压，启动所述稳压单元；

所述稳压单元，连接于所述系统外部供电输入端与系统供电电源端之间，用于在启动后，判断自所述系统外部供电输入端获取到的输入电压是否满足系统所需的电源电压，并在达到所述系统所需电源电压的情况下将所述输入电压输出至系统供电电源端，在未达到所述系统所需电源电压的情况下对所述输入电压进行处理后输出至系统供电电源端。

优选的，所述启动单元包括稳压二极管和第一晶体管，所述稳压二极管连接于所述第一晶体管的栅极与地之间，且所述稳压二极管的正极接地，所述第一晶体管的第一端连接所述系统外部供电输入端，所述第一晶体管的第二端连接所述稳压单元；

所述稳压二极管用于：稳定第一晶体管的栅极电压，使所述第一晶体管导通；

所述第一晶体管用于：在导通时，利用所述第一晶体管的第二端为所述稳压单元提供所述稳压单元启动所需的启动电压。

优选的，所述启动单元还包括电阻，所述电阻连接于所述稳压二极管的负极与所述系统外部供电输入端之间。

优选的，所述第一晶体管采用耐高压的横向扩散金属氧化物半导体 LDMOS。

优选的，所述稳压单元包括电压检测模块和稳压器，

所述电压检测模块的输入侧直接或间接连接所述系统外部供电输入端，所述电压检测模块输出侧分别连接所述系统供电电源端与所述稳压器；所述电压检测模块用于：

以输送至所述电压检测模块输入侧的电压为所述输入电压，判断所述输入电压是否低于所述系统所需电源电压，若是，则将所述输入电压输出至系统供电电源端；若否，则将所述输入电压输送给所述稳压器；

所述稳压器还连接所述系统供电电源端，所述稳压器用于：若接收到所述输入电压，则将所述输入电压降压后输出至所述系统供电电源端。

优选的，所述稳压单元还包括升压驱动模块和第二晶体管，所述启动单元用于启动所述稳压单元的一端还连接至所述稳压器与所述升压驱动模块；

所述升压驱动模块连接至所述第二晶体管的栅极与所述系统供电电源端；所述升压驱动模块用于：

将所述系统供电电源端的输出电压升压后输送至所述第二晶体管的栅极，以使得所述第二晶体管导通；

所述第二晶体管的第一端连接所述系统外部供电输入端，所述第二晶体管的第二端连接电压检测模块。

优选的，所述升压检测模块采用电荷泵。

优选的，所述稳压器为低压差线性稳压器LDO。

优选的，所述第二晶体管采用耐高压的横向扩散金属氧化物半导体 LDMOS。

采用本实用新型所述的稳压电路可以对输入电压进行稳定，适配于宽范围的输入电压，相比于现有方法来说不需要大量的电平转换，可以统一电源域，降低设计的复杂性，减小芯片面积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一示例性实施例示出的一种稳压电路的电路示意图；

图2是本实用新型一示例性实施例示出的另一种稳压电路的电路示意图。

附图标记说明：

10-启动单元；

20-稳压单元；

200-升压驱动模块；

210-电压检测模块；

220-稳压器；

M1-第一晶体管；

M2-第二晶体管；

Z-稳压二极管；

R-电阻。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。请参见图1，图1是本实用新型一示例性实施例示出的一种稳压电路的电路示意图。

本实用新型提供一种稳压电路，该稳压电路连接在系统外部供电输入端 VIN和系统供电电源端VOUT之间，并且系统供电电源端VOUT可作为其他系统(图1中的系统SYS)的输入端，对此不作特殊限制。

该稳压电路包括启动单元10和稳压单元20，其中，启动单元10分别连接所述系统外部供电输入端VIN与稳压单元20。启动单元10用于启动稳压单元20。具体的，在稳压单元20未启动时，启动单元10可以基于系统外部供电输入端VIN的电压，启动稳压单元20。

稳压单元20连接于系统外部供电输入端VIN和系统供电电源端VOUT 之间，用于在启动后，判断自系统外部供电输入端获取到的输入电压是否达到系统所需电源电压，并在达到系统所需电源电压的情况下将所述输入电压输出至系统供电电源端，在未达到系统所需电源电压的情况下对所述输入电压进行处理后输出至系统供电电源端。

本实用新型采用上述稳压电路，可以在稳压电路中配置有启动单元以及稳压单元，在一开始时由启动单元对稳压单元进行启动，启动完毕后由稳压单元对输入电压进行稳压处理，可以适配于宽范围的输入电压，相比于现有方法来说不需要大量的电平转换，可以统一电源域，降低设计的复杂性，减小芯片面积。

下面对本实用新型提供的另一种稳压电路的实施例进行说明。

请参见图2，图2是本实用新型一示例性实施例示出的另一种稳压电路的电路示意图。

图2中的稳压电路同样可以连接在系统外部供电输入端VIN和系统供电电源端VOUT之间，并且系统供电电源端VOUT可作为其他系统(图1中的 SYS)的输入端。

该稳压电路中可以包括启动单元10和稳压单元20，这两个单元的具体功能以及连接关系可参照前述实施例，在此不再赘述。

本实施例中，启动单元10可以包括稳压二极管(比如图2中的稳压二极管Z)和第一晶体管(比如图2中的第一晶体管M1)，该第一晶体管比如可以是耐高压的LDMOS(laterally-diffused metal-oxide semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)。也可采用其他晶体管，其可以为NMOS，也可以为PMOS。

其中，稳压二极管Z连接于第一晶体管M1的栅极与地之间，且稳压二极管Z的正极接地，第一晶体管M1的第一端连接所述系统外部供电输入端 VIN，第一晶体管M1的第二端连接稳压单元20。

该稳压二极管Z用于稳定第一晶体管M1的栅极电压，使第一晶体管M1导通并工作在饱和区。该第一晶体管M1用于在导通时，利用第一晶体管M1的第二端为稳压单元20提供该稳压单元20启动所需的启动电压。

通过该稳压二极管Z(即齐纳稳压二极管)，可稳定第一晶体管M1的栅极电压，以确保第一晶体管M1工作在饱和区；进而，通过第一晶体管 M1的预导通可以为升压驱动模块200(例如电荷泵)和/或稳压器220(例如LDO)等提供电源(即启动电压)，使其被启动。

在一种较优的实施方式中，启动单元10中还可以包括电阻(比如图2 中的R)，该电阻R可以连接于稳压二极管Z的负极和系统外部供电输入端 VIN之间。该电阻R可以用于控制稳压电路所需的偏置电流，并且防止启动单元10的电流过大导致稳压二极管Z损坏。

本实施例中，稳压单元20中可以包括电压检测模块(图2中的电压检测模块210)和稳压器(图2中的稳压器220)。

其中，电压检测模块210的输入端直接或间接连接所述系统外部供电输入端VIN，电压检测模块210输出侧可以分别连接系统供电电源端VOUT 和稳压器220。该电压电测模块210用于：

以输送至所述电压检测模块210输入侧的电压为所述输入电压，判断所述输入电压是否满足所述系统所需电源电压，若是，则将所述输入电压输出至系统供电电源端VOUT；若否，则将所述输入电压输送给所述稳压器 220。

稳压器220连接系统供电电源端，用于：若接收到所述输入电压，则将所述输入电压降压后输出至所述系统供电电源端VOUT。

优选的，所述稳压器220可以是LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)。

在一种实施方式中，稳压单元20还包括升压驱动模块(图2中的升压驱动模块200)和第二晶体管(图2中的第二晶体管M2)，该升压驱动模块200具体可以采用电荷泵，第二晶体管M2可以采用LDMOS。

其他举例中，升压驱动模块200也可以为具有升压驱动功能的其他任意电路(例如开关升压电路)，第二晶体管M2可以采用其他晶体管。稳压器也可采用开关降压电源电路实现。

其中，启动单元10用于启动稳压单元20的一端(即第一晶体管M1的第二端)还连接至所述稳压器220与所述升压驱动模块200。升压驱动模块 200还连接至所述第二晶体管M2的栅极。升压驱动模块200用于将所述启动单元输出的启动电压升压后输送至所述第二晶体管M2的栅极，以使得所述第二晶体管M2导通；具体的，升压驱动模块200(例如电荷泵)可通过将输出电压升压，使得第二晶体管M2的栅极电压高于源极电压至少一个阈值电压，用于确保第二晶体管M2始终处于饱和区；

第二晶体管M2的第一端连接所述系统外部供电输入端VIN，第二晶体管M2的第二端连接电压检测模块210。

下面以图2所示稳压电路的例子为例，对该稳压电路的具体工作流程进行说明，包括启动阶段、正常输入电压的稳压输出过程、高输入电压的稳压输出过程。

在启动阶段，在稳压二极管Z的作用下，可以使第一晶体管M1的栅极电压能够稳定在大于源极的至少一个阈值电压，保证了第一晶体管M1 的有效导通，当第一晶体管M1的栅极电压达到其导通时的电压，就会使得第一晶体管的第二端V2＝VIN-Vth1，该电压为升压驱动模块200以及稳压器220提供一个初始的启动电压(该电源会损失掉一个第一晶体管M1的阈值电压)。升压驱动模块收到第一晶体管M1提供的启动电压后开始工作，其输出电压至少会高于第二晶体管M2源极电压的一个阈值电压，保证第二晶体管M2处于饱和区。

对于正常输入电压的稳压输出过程，当稳压电路启动完成后，若第二晶体管M2处于饱和区，使得输入电源电压加载到稳压器220上，此时的输入电压是安全的(即该电压值处于芯片正常工作的电压范围，未超出对应的电压阈值)，电压检测模块210便会将第二晶体管M2的输出电压(即输入至电压检测模块的所述输入电压)直接输出至系统供电电源端VOUT，无需通过稳压器220的降压作用，作为后续的系统SYS 的电源电压。

对于高输入电压的稳压输出过程，当稳压电路启动完毕后，输入电压过大的时候，电压检测模块210便会将第二晶体管M2的输出电压送到稳压器220中，继而通过稳压器220进行降压处理，达到系统所需的安全电压范围内，而后为系统SYS提供电源。

下面以一个具体的实施例进行说明。

以标准的5V器件为例，假设输入电压为10V，系统所需的电压是5V。上电后，稳压二极管Z将第一晶体管M1的栅极电压稳定在6V(M1的阈值电压为1V)，使得第一晶体管M1导通。此时第一晶体管的第二端的电压为9V，以此驱动升压驱动模块200工作，输出的电压达到11V，使得第二晶体管M2导通，完成启动过程。

电压检测模块210检测到VIN电压过高，便将其送到稳压器220上，最终通过稳压器220的稳压作用使得VOUT输出5V的电压。

再例如，假设输入电压为安全电压如4V，系统所需的电压是5V，启动过程与上述例子一样，电压检测模块210检测到输入电压低于系统所需电源电压，为安全电压，无需稳压器220的降压处理，则直接将第二晶体管M2的输出送到输出端至系统SYS。

本实用新型所述稳压电路，可以解决输入的电源电压范围很大，使得芯片具有多个电源域，而该芯片内部所需的电源域只有一个的问题。通过第一晶体管的预导通使得升压驱动模块、电压检测模块以及稳压器获得所需要的偏置电流以及启动电压，进而通过第二晶体管M2提高输出的驱动能力。当输入电压为安全电压时，可以直接将第二晶体管M2的输出送到系统供电电源端；当输入电压为高电压时，可以通过稳压器进行降压处理后再送到输出端。这样就使得在变化的输入电源电压下，能够获得单一稳定的工作电源域，无需在不同的输入电源下通过大量的电平转换来获得所需要的电源。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种稳压电路，其特征在于，所述稳压电路连接在系统外部供电输入端和系统供电电源端之间，包括：启动单元与稳压单元；

所述启动单元，分别连接所述系统外部供电输入端与稳压单元，用于在所述稳压单元未启动时，基于所述系统外部供电输入端的电压，启动所述稳压单元；

所述稳压单元，连接于所述系统外部供电输入端与系统供电电源端之间，用于在启动后，判断自所述系统外部供电输入端获取到的输入电压是否达到系统所需电源电压，并在达到系统所需电源电压的情况下将所述输入电压输出至系统供电电源端，在未达到所述系统所需电源电压的情况下对所述输入电压进行降压处理后输出至系统供电电源端。

2.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，所述启动单元包括稳压二极管和第一晶体管，所述稳压二极管连接于所述第一晶体管的栅极与地之间，且所述稳压二极管的正极接地，所述第一晶体管的第一端连接所述系统外部供电输入端，所述第一晶体管的第二端连接所述稳压单元；

所述稳压二极管用于：稳定第一晶体管的栅极电压，使所述第一晶体管导通；

所述第一晶体管用于：在导通时，利用所述第一晶体管的第二端为所述稳压单元提供所述稳压单元启动所需的启动电压。

3.根据权利要求2所述的稳压电路，其特征在于，所述启动单元还包括电阻，所述电阻连接于所述稳压二极管的负极与所述系统外部供电输入端之间。

4.根据权利要求2或3所述的稳压电路，其特征在于，所述第一晶体管采用耐高压的横向扩散金属氧化物半导体LDMOS。

5.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，所述稳压单元包括电压检测模块和稳压器，

所述电压检测模块的输入侧直接或间接连接所述系统外部供电输入端，所述电压检测模块输出侧分别连接所述系统供电电源端与所述稳压器；所述电压检测模块用于：

以输送至所述电压检测模块输入侧的电压为所述输入电压，判断所述输入电压是否满足所述系统所需电源电压，若是，则将所述输入电压输出至所述系统供电电源端；若否，则将所述输入电压输送给所述稳压器；

所述稳压器还连接所述系统供电电源端，所述稳压器用于：

若接收到所述输入电压，则将所述输入电压降压后输出至所述系统供电电源端。

6.根据权利要求5所述的稳压电路，其特征在于，所述稳压单元还包括升压驱动模块和第二晶体管，所述启动单元用于启动所述稳压单元的一端还连接至所述稳压器与所述升压驱动模块；

所述升压驱动模块还连接至所述第二晶体管的栅极；所述升压驱动模块用于：

将所述启动单元输出的启动电压升压后输送至所述第二晶体管的栅极，以使得所述第二晶体管导通；

所述第二晶体管的第一端连接所述系统外部供电输入端，所述第二晶体管的第二端连接电压检测模块。

7.根据权利要求6所述的稳压电路，其特征在于，所述升压驱动模块采用电荷泵。

8.根据权利要求6至7任一项所述的稳压电路，其特征在于，所述稳压器为低压差线性稳压器LDO。

9.根据权利要求6至7任一项所述的稳压电路，其特征在于，所述第二晶体管采用耐高压的横向扩散金属氧化物半导体LDMOS。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的稳压电路。

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