CN218675856U - 一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请描述了一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路及电子设备，包括：功率开关，输入端连接供电电源，输出端作为稳压电路输出电压的输出端；负载电容，第一端与功率开关的输出端连接，第二端接地；基准电路，用于输出基准电压；第一比较电路，第一输入端接收基准电压，第二输入端接收反馈电压，并将基准电压与反馈电压进行比较以反馈输出误差电压至功率开关的控制端；反馈电路，用于获取功率开关的输出电压，以基于输出电压反馈输出反馈电压至第一比较电路，并基于误差电压实现自身输出稳定。在本申请中，添加反馈电路分离输出级与第一比较电路，消除了环路极点与大负载电容的关系，增加了相位裕度和环路带宽，使稳压电路能够具备高瞬态响应。

Description

一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路及电子设备

技术领域

本申请涉及稳压电路领域，特别是涉及一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路以及包含该低压差线性稳压电路的电子设备。

背景技术

低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)用于克服供电电源噪声和波动对PLL锁相环的影响，以保证PLL等噪声敏感电路的特性。图1传统的LDO电路中，由于负载电容较大，因此常将电路主极点设计在输出节点，输出级的负载端直接影响主极点位置，需要留出较大的裕度，而LDO电路的相位裕度与带宽难以平衡，环路带宽越小越不利于环路的快速响应，如图2所示的输出波形图，在供电电源电压VDD或者负载快速变化时，传统LDO电路输出端的输出电压V_out将会引起很大的过冲或者下降，且需要较长的时间才能恢复到正常的输出值，这有可能造成其供电的电路功能异常甚至失效，进而导致低压差线性稳压电路适用范围比较小。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路以及包含该低压差线性稳压电路的电子设备。

本申请提供了一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路，包括：功率开关，其输入端连接供电电源，其输出端作为低压差线性稳压电路输出电压的输出端；负载电容，其第一端与功率开关的输出端连接，其第二端接地；基准电路，基准电路用于输出基准电压；第一比较电路，其第一输入端接收基准电压，其第二输入端接收反馈电压，并将基准电压与反馈电压进行比较，以反馈输出误差电压至功率开关的控制端；反馈电路，分别与第一比较电路以及功率开关连接，用于获取功率开关的输出端的输出电压，以基于输出电压反馈输出反馈电压至第一比较电路，并基于第一比较电路输出的误差电压恢复稳定输出。

可选的，功率开关为N型场效应管或P型场效应管。

可选的，第一比较电路包括第一误差放大器，第一误差放大器的同相输入端构成第一比较电路的第一输入端，第一误差放大器的反相输入端构成第一比较电路的第二输入端，第一误差放大器的电压输出端构成第一比较电路的输出端。

可选的，反馈电路包括：第一电子开关管，其第一端连接电压源，其控制端连接第一比较电路的输出端；第二比较电路，其第一输入端连接第一电子开关管的第二端，其第二输入端连接功率开关的输出端；第二电子开关管，其控制端连接第二比较电路的输出端，其第一端与第一电子开关管的第二端以及第二比较电路的第一输入端共接，其第二端接地，以输出反馈电压至第一比较电路。

可选的，第二比较电路包括第二误差放大器，第二误差放大器的同相输入端构成第二比较电路的第一输入端，第二误差放大器的反相输入端构成第二比较电路的第二输入端，第二误差放大器的电压输出端构成第二比较电路的输出端。

可选的，第一电子开关管为第一N型场效应管，第一N型场效应管的漏极构成第一电子开关管的第一端，第一N型场效应管的栅极构成第一电子开关管的控制端，第一N型场效应管的源极构成第一电子开关管的第二端；和/或，第二电子开关管为第二N型场效应管，第二N型场效应管的漏极构成第二电子开关管的第一端，第二N型场效应管的栅极构成第二电子开关管的控制端，第二N型场效应管的源极构成第二电子开关管的第二端。

可选的，低压差线性稳压电路还包括：偏置电路，连接于功率开关，偏置电路用于为功率开关提供偏置电流。

可选的，偏置电路包括偏置电阻，偏置电阻的一端连接功率开关的输出端，另一端接地，偏置电阻用于为功率开关提供合适的偏置电流。

可选的，偏置电路包括第三N型场效应管，第三N型场效应管的漏极连接功率开关的输出端，第三N型场效应管的源极接地，第三N型场效应管的栅极外接偏置电流源。

本申请还提供了一种包含上述低压差线性稳压电路的电子设备。

与现有技术相比，本申请至少具有如下突出的优点之一：

本申请提出的携带大负载电容的低压差线性稳压电路，其分离了低压差线性稳压电路的输出级与第一比较电路，从而消除了环路极点与低压差线性稳压电路中大负载电容的关系，增加了相位裕度和带宽，使得低压差线性稳压电路能够具备高瞬态响应。

附图说明

图1是现有技术中一种低压差线性稳压电路的电路结构示意图；

图2是图1所示的低压差线性稳压电路的输出波形示意图；

图3是本申请实施例提供的一种低压差线性稳压电路的电路结构示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的电路结构示意图；

图5是本申请实施例提供的又一种低压差线性稳压电路的电路结构示意图。

图6是图3-5所示的低压差线性稳压电路的输出波形示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本申请做进一步说明。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广。因此本申请不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图3，图3是本申请实施例提供的一种低压差线性稳压器的电路结构示意图，图3中的低压差线性稳压器包括：功率开关10，其输入端连接供电电源VDD，其输出端作为所述低压差线性稳压电路输出电压的输出端；负载电容CL，其第一端与功率开关10的输出端连接，其第二端接地；基准电路20，基准电路20用于输出基准电压V_REF；第一比较电路30，其第一输入端接收基准电压V_REF，其第二输入端接收反馈电压V_fb，并将基准电压V_REF与反馈电压V_fb进行比较，以反馈输出误差电压至功率开关的控制端；反馈电路40，分别与第一比较电路30以及功率开关10连接，用于获取功率开关10的输出端的输出电压V_out，以基于输出电压V_out反馈输出反馈电压V_fb至第一比较电路30，并基于第一比较电路30的误差电压恢复稳定输出。

具体的，功率开关10可根据控制端接收到的电压调节输出电压V_out大小，其中，功率开关10可选为N型场效应管或P型场效应管。

更具体的，当功率开关10为N型场效应管时，其控制端电压与输出端的电压呈正相关变化，则反馈电路40可基于NMOS管的输出电压V_out进行反馈调节并输出反馈电压V_fb，当NMOS管的输出电压V_out变大时，反馈电路40输出的反馈电压V_fb变大，则基准电压V_REF与反馈电压V_fb的差值变小，使得第一比较电路30输出的误差电压变小，进一步使得NMOS管的输出电压变小，且受误差电压影响，反馈电路40恢复稳定输出，反之，当NMOS管的输出电压变小时，反馈电压V_fb变小，基准电压V_REF与反馈电压V_fb的差值变大，使得第一比较电路30输出的误差电压变大，进一步使得NMOS管的输出电压变大，且受误差电压影响，反馈电路40恢复稳定输出，通过负反馈调节，功率开关10的输出电压逐步稳定。

当功率开关10为P型场效应管，其控制端电压与输出端的电压呈负相关变化，则反馈电路40可基于NMOS管的输出电压V_out进行反馈调节并输出反馈电压V_fb，当PMOS管的输出电压变大时，反馈电压V_fb变大，基准电压V_REF与反馈电压V_fb的差值变大，使得第一比较电路30输出的误差电压变大，进一步使得PMOS管的输出电压变小，且受误差电压影响，反馈电路40恢复稳定输出，反之，当PMOS管的输出电压变小时，反馈电压V_fb变小，基准电压V_REF与反馈电压V_fb的差值变小，使得第一比较电路30输出的误差电压变小，进一步使得PMOS管的输出电压变大，且受误差电压影响，反馈电路40恢复稳定输出，通过正反馈调节，功率开关10的输出电压逐步稳定。

如图4提供的本申请另一种低压差线性稳压器的电路结构示意图所示，第一比较电路30包括第一误差放大器AMP1，第一误差放大器AMP1的同相输入端构成第一比较电路30的第一输入端，第一误差放大器AMP1的反相输入端构成第一比较电路30的第二输入端，第一误差放大器AMP1的电压输出端构成第一比较电路30的输出端。其中，第一误差放大器可选为带宽大于20MHz的高速放大器。

因此，反馈电路40用于检测低压差线性稳压电路的输出电压V_out，并产生相应的反馈电压V_fb，第一误差放大器AMP1用于比较基准电压V_REF和反馈电压V_fb，并产生相应的误差电压，功率开关10的输出电流根据误差电压V₁进行调整，也即，功率开关10用于根据误差电压对自身的输出电流进行调整，并且，反馈电路40也根据误差电压进行调整，以最终恢复稳定。

在本申请实施例中，通过在低压差线性稳压电路中增加了额外的反馈电路，反馈电路分离了低压差线性稳压电路的输出级与第一比较电路，从而消除了环路极点与低压差线性稳压电路中大负载电容的关系，增加了相位裕度和环路带宽，使得低压差线性稳压电路能够具备高瞬态响应，在高瞬态响应工作中，反馈电路可以检测低压差线性稳压电路的输出节点波动，并提供反馈电压V_fb给第一比较电路以调整功率开关的栅极电压，以调整功率开关的输出电压，待功率开关调整完成后，反馈电路还能根据第一比较电路的输出来调整自身以使自身恢复稳定状态。

在一些实施例中，如图4所示，反馈电路40包括：第一电子开关管70，其第一端连接供电电源VDD，其控制端连接第一比较电路30的输出端；第二比较电路60，其第一输入端连接第一电子开关管70的输出端，其第二输入端连接功率开关M_p的输出端；第二电子开关管80，其控制端连接第二比较电路60的输出端，其第一端与第一电子开关管70的第二端以及第二比较电路60的第一输入端共接，其第二端接地，以输出反馈电压V_fb至第一比较电路30。

可选的，第一电子开关管70为第一N型场效应管M1，第一N型场效应管M1的漏极构成第一电子开关管70的第一端，第一N型场效应管M1的栅极构成第一电子开关管70的控制端，第一N型场效应管M1的源极构成第一电子开关管70的第二端；

可选的，第二电子开关管80为第二N型场效应管M2，第二N型场效应管M2的漏极构成第二电子开关管80的第一端，第二N型场效应管M2的栅极构成第二电子开关管80的控制端，第二N型场效应管M2的源极构成第二电子开关管80的第二端。

可选的，继续参考图4，第二比较电路60包括第二误差放大器AMP2，第二误差放大器AMP2的同相输入端构成第一比较电路60的第一输入端，第二误差放大器AMP2的反相输入端构成第一比较电路60的第二输入端，第二误差放大器AMP2的电压输出端构成第一比较电路60的输出端，其中，第二误差放大器可选为带宽大于20MHz的高速放大器。

在本申请实施例中，通过在低压差线性稳压电路中设置额外的反馈电路，反馈电路分离了低压差线性稳压电路的输出级与第一比较电路，从而消除了环路极点与大负载电容的关系，即没有输出节点大电容的限制，可以将第一误差放大器AMP1与第二误差放大器AMP2都设计为带宽大于20MHz的宽带放大器，以提供大电流输出，来实现低压差线性稳压电路的高瞬态响应。

进一步的，结合参考图3-5，低压差线性稳压电路还包括偏置电路50，连接于功率开关10，偏置电路50用于为功率开关10提供偏置电流。

在一些实施例中，如图5所示，图5为本申请实施例提供的又一种低压差线性稳压器的电路结构示意图。偏置电路50包括偏置电阻R_FB，偏置电阻R_FB的一端连接功率开关10，另一端接地，偏置电阻R_FB用于为功率开关10提供偏置电流。

在另一些实施例中，偏置电路50包括第三N型场效应管M3，第三N型场效应管M3的漏极连接功率开关10，第三N型场效应管M3的源极接地，第三N型场效应管M3的栅极外接偏置电流源。可选的，反馈电路40中的第一电子开关管70的尺寸与功率开关10成比例设置，反馈电路40中的第二电子开关管80的尺寸与偏置电路50中的第三N型场效应管M3成比例设置，可增加稳压电路的布局对称性。

具体的，如图4所示，以功率开关为NMOS管为例，当低压差线性稳压电路稳定输出时，低压差线性稳压电路输出节点的输出电压V_out与反馈电压V_fb相同，第二N型场效应管M2的栅极电压与第三N型场效应管M3的栅极电压相同，此时反馈电路40与功率级电路工作状态相同，低压差线性稳压电路输出设定的基准电压。如图6的低压差线性稳压电路的输出波形示意图所示，当低压差线性稳压电路的负载电流突然增加时，输出节点的输出电压V_out下降，此时第二误差放大器AMP2检测到输出电压V_out的下降，其输出电压上升以抬升第二N型场效应管M2的栅极电压，从而降低反馈电压V_fb，而第一误差放大器AMP1检测到反馈电压V_fb下降，从而增加误差电压，以抬升第一N型场效应管M1和功率开关M_P的栅压，最终使得低压差线性稳压电路输出节点的输出电压快速恢复到设定值，当低压差线性稳压电路的输出电压恢复后，第二误差放大器AMP2的输出电压受误差电压影响，也恢复到V_b，从此高瞬态响应工作结束。

当低压差线性稳压电路的负载电流突然减小时，输出节点的输出电压V_out上升，此时第二误差放大器AMP2检测到输出电压V_out的上升，其输出电压下降以拉低第二N型场效应管M2的栅极电压，从而提升反馈电压V_fb，而第一误差放大器AMP1检测到反馈电压V_fb上升，从而减小误差电压，以拉低第一N型场效应管M1和功率开关M_P的栅压，最终使得低压差线性稳压电路输出节点的输出电压快速恢复到设定值，当低压差线性稳压电路的输出电压恢复后，第二误差放大器AMP2的输出电压受误差电压影响，也恢复到V_b，从此高瞬态响应工作结束。

在本申请中，由于反馈电路分离了低压差线性稳压电路的输出级与第一比较电路，从而消除了环路极点与低压差线性稳压电路中大负载电容的关系，即没有输出节点大电容的限制，因此可以将第一误差放大器AMP1与第二误差放大器AMP2都设计为带宽大于20MHz的宽带放大器，以提供大电流输出，来实现低压差线性稳压电路的高瞬态响应。

本申请还提出一种电子设备，该电子设备包括上述低压差线性稳压电路，该低压差线性稳压电路的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，电子设备可为汽车电子产品、便携式电子设备、通讯设备、工业和医疗设备等，具体类型不限，通过设置低压差线性稳压电路，电子设备中的对应负载电路的工作电压维持在稳定的状态，提高了对应负载电路的安全性和可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种携带大负载电容的低压差线性稳压电路，其特征在于，包括：

功率开关，其输入端连接供电电源，其输出端作为所述低压差线性稳压电路输出电压的输出端；

负载电容，其第一端与所述功率开关的输出端连接，其第二端接地；

基准电路，所述基准电路用于输出基准电压；

第一比较电路，其第一输入端接收所述基准电压，其第二输入端接收反馈电压，并将所述基准电压与所述反馈电压进行比较，以反馈输出误差电压至所述功率开关的控制端；

反馈电路，分别与所述第一比较电路以及所述功率开关连接，用于获取所述功率开关的输出端的输出电压，以基于所述输出电压反馈输出所述反馈电压至所述第一比较电路，并基于所述第一比较电路输出的误差电压恢复稳定输出。

2.如权利要求1所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述功率开关为N型场效应管或P型场效应管。

3.如权利要求1所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述第一比较电路包括第一误差放大器，所述第一误差放大器的同相输入端构成所述第一比较电路的第一输入端，所述第一误差放大器的反相输入端构成所述第一比较电路的第二输入端，所述第一误差放大器的电压输出端构成所述第一比较电路的输出端。

4.如权利要求1所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述反馈电路包括：

第一电子开关管，其第一端连接电压源，其控制端连接所述第一比较电路的输出端；

第二比较电路，其第一输入端连接所述第一电子开关管的第二端，其第二输入端连接所述功率开关的输出端；

第二电子开关管，其控制端连接所述第二比较电路的输出端，其第一端与所述第一电子开关管的第二端以及所述第二比较电路的第一输入端共接，其第二端接地，以输出反馈电压至所述第一比较电路的第二输入端。

5.如权利要求4所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述第二比较电路包括第二误差放大器，所述第二误差放大器的同相输入端构成所述第二比较电路的第一输入端，所述第二误差放大器的反相输入端构成所述第二比较电路的第二输入端，所述第二误差放大器的电压输出端构成所述第二比较电路的输出端。

6.如权利要求4所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述第一电子开关管为第一N型场效应管，所述第一N型场效应管的漏极构成所述第一电子开关管的第一端，所述第一N型场效应管的栅极构成所述第一电子开关管的控制端，所述第一N型场效应管的源极构成所述第一电子开关管的第二端；

和/或，所述第二电子开关管为第二N型场效应管，所述第二N型场效应管的漏极构成所述第二电子开关管的第一端，所述第二N型场效应管的栅极构成所述第二电子开关管的控制端，所述第二N型场效应管的源极构成所述第二电子开关管的第二端。

7.如权利要求1所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，还包括：

偏置电路，连接于所述功率开关，所述偏置电路用于为所述功率开关提供偏置电流。

8.如权利要求7所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述偏置电路包括偏置电阻，所述偏置电阻的一端连接所述功率开关的输出端，另一端接地，所述偏置电阻用于为所述功率开关提供合适的偏置电流。

9.如权利要求7所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述偏置电路包括第三N型场效应管，所述第三N型场效应管的漏极连接所述功率开关的输出端，所述第三N型场效应管的源极接地，所述第三N型场效应管的栅极外接偏置电流源。

10.一种电子设备，其特征在于，包含所述权利要求1-9任一项所述的低压差线性稳压电路。

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