CN103135648B - 低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低压差线性稳压器，包括反馈电路和与误差放大器负极连接的参考电压单元，反馈电路中的第一导通元件的控制端与误差放大器输出端连接，第一导通元件的输入端和输出端分别接电源和稳压器输出端，在稳压器输出端和地之间并联有电阻支路和外接的电容支路，电阻支路中有串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻之间反馈信号连接误差放大器正极，第二导通元件的输出端通过第三电阻接地，输入端与稳压器输出端连接，控制端连误差放大器的输出端。本发明解决了低压差线性稳压器负载电流跳变时所引起的输电压波动过大和稳定时间过长的问题，最大化减少了电路静态功耗的增加，并且电路结构简单，极大的提高了LDO电路的瞬态响应速度和精度。

Description

低压差线性稳压器

技术领域

本发明涉及集成电路，具体的讲是一种快速响应的低压差线性稳压器（Low DropoutRegulator，LDO）的电路结构。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，各种便携式电子对多媒体数据流、音频播放、更清晰的显示及更多娱乐等需求不断提升，高效的电源管理方案显得越来越重要。低压差线性稳压器（LDO）因其成本低、封装容易、***设备少、超低的噪声、高电源抑制比和微功耗等特性成为极具竞争力的电源解决方案之一。

传统的LDO如图1所示，包含了参考电压单元Vref、误差放大器EA、反馈电路100，外接电容C，稳压器的输出端Vout以及输入电源Vin。

其中，参考电压单元Vref为带隙基准电路。反馈电路100由反馈串联的电阻R1和电阻R2、PMOS调整管MP组成。

反馈信号Vfb取自于电阻R1和电阻R2之间，并且接到误差放大器EA的正向输入端。因为PMOS调整管本身就是反向放大器，所以反馈信号接到误差放大器EA的正向输入端构成负反馈环路。带隙基准产生的参考电压接到误差放大器EA负向输入端。误差放大器EA的输出接到PMOS调整管的栅极。PMOS调整管MP的源极作为输入，接到输入电源Vin端，漏极与外接电容C的一端一起接到LDO的稳压器的输出端Vout。误差放大器EA、P型场效应管MP和反馈电阻R1、R2一起组成了LDO的负反馈环路，用来稳定输出电压。如果忽略LDO的增益误差，可以得到输出电压：

$\mathrm{Vout}=\mathrm{Vref}\×\left(\frac{R1+R2}{R2}\right)$

当负载电流由轻载跳到重载或者由重载跳到轻载，即负载电流由小突然变大或者由大突然减小，由于跳变时间短，而LDO的带宽有限，在输出端会产生电压过冲，而且输出从波动到稳定需要的时间会比较久，LDO本身的负反馈环路和有限的输出带宽以无法快速稳定输电电压，从而会使后一级电路无法正常工作。

目前，业界出了许多提高LDO瞬态响应的方案，比如采用BUFFER（缓存）级扩展带宽等，这些方案虽然能到达一定的效果，但他们的缺陷是电路结构比较复杂，且增加了额外的功耗。

发明内容

本发明提供了一种低压差线性稳压器，为了解决低压差线性稳压器负载跳变时所引起输出电压跳变波动过大并且从波动到稳定时间过长的问题，同时尽可能的简化电路结构和减少功耗的增加。

本发明的低压差线性稳压器，包括反馈电路和与误差放大器负极连接的参考电压单元，在反馈电路中具有第一导通元件，所述第一导通元件的控制端与误差放大器的输出端连接，第一导通元件的输入端接电源，输出端连接所述稳压器的输出端，在稳压器的输出端和地之间还并联有电阻支路和外接的电容支路，在电阻支路中有串联的第一电阻和第二电阻，从第一电阻和第二电阻之间抽头出反馈信号连接至所述误差放大器的正极，在电容支路中有电容，稳压器的输出端还与第二导通元件的输入端连接，第二导通元件的控制端连接至误差放大器的输出端，并且第二导通元件的输出端通过第三电阻接地。

当LDO（低压差线性稳压器）的负载电流在短时间内发生较大的增大时，会使输出电压迅速降低，反馈电压也会迅速降低，通过误差放大器放大变化的信号，误差放大器输出端也会降低，即第一导通元件的控制端电压和第二导通元件的控制端电压降低。此时，流过第一导通元件的电流增大，流过第二导通元件的电流减小，第一导通元件增大的电流和第二导通元件减小的电流同时流进到了稳压器的输出端，补偿了负载电流增大所消耗的电流，两个导通元件同时抑制了负载电流在短时间内增大而引起输出电压降低，加速了稳压器输出电压的稳定。

相反地，当LDO的负载电流在在短时间内发生较大的减小时，稳压器输出电压迅速增大，反馈电压也迅速增大，误差放大器输出端也会增大，即第一导通元件的控制端电压和第二导通元件的控制端电压增大。此时，流过第一导通元件的电流减小，流过第二导通元件的电流增大，即负载减小的电流一方面被第一导通元件减小的电流而吸收，同时被第二导通元件增大的电流泄放掉了，两个导通元件同时抑制了负载电流在短时间内减小而引起输出电压增大，加速了稳压器输出电压的稳定。

优选的，所述的第一导通元件和第二导通元件均为场效应管。根据不同的需要和场合，也可以是其它类似的元件，如三极管等。

具体的，所述的第一导通元件为P型场效应管，第二导通元件为N型场效应管。如果第一导通元件和第二导通元件的类型做了改变，可以根据电学领域的基本原理对电路结构做相应的调整。

具体的，所述的第三电阻为可变电阻。可以通过调节第三电阻大小，控制第二导通元件输出端的电压，从而可以控制调节流经该支路的电流大小。在满足对输出电压要求的前提下，通过调节第三电阻，使在稳态时流过第二导通元件的电流尽可能小，从而最大化减少了LDO静态功耗的增加。

本发明的低压差线性稳压器，解决了低压差线性稳压器负载电流跳变时所引起的输电压波动过大并且从波动到稳定时间过长的问题，在满足对输出电压要求的同时，与其它提高LDO瞬态响应的电路相比，降低了电路的静态功耗，并且电路结构更为简单，功耗更低，极大的提高了LDO电路的瞬态响应速度和精度。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1为传统低压差线性稳压器的电路示意图。

图2为本发明低压差线性稳压器的电路示意图。

具体实施方式

如图2所示本发明的低压差线性稳压器（LDO），包括反馈电路100和与误差放大器EA负极连接的参考电压单元Vref，参考电压单元Vref为带隙基准电路。反馈电路100由P型MOS管结构第一导通元件MP、第一电阻R1和第二电阻R2构成。所述第一导通元件MP的栅极与误差放大器EA的输出端连接，第一导通元件MP的源极接电源Vin，漏极连接所述稳压器的输出端Vout。在稳压器的输出端Vout和地之间还并联有电阻支路和外接的电容支路。在电阻支路中有串联的第一电阻R1和第二电阻R2，从第一电阻R1和第二电阻R2之间抽头出反馈信号Vfb连接至所述误差放大器EA的正极。在电容支路中有电容C。稳压器的输出端Vout还与N型MOS管结构的第二导通元件MN的漏极连接，第二导通元件MN的栅极连接至误差放大器EA的输出端，并且第二导通元件MN的源极通过第三电阻R3接地。第三电阻R3为可变电阻。

由第二导通元件MN和第三电阻R3构成了电荷泄放电路200，并且可以通过调节第三电阻R3大小，控制N型MOS管的第二导通元件MN源极的电压，从而控制调节流经电荷泄放电路200的电流大小。在满足对输出电压要求的前提下，通过调节第三电阻R3，使在稳态时流过第二导通元件MN的电流尽可能小，从而最大化减少了LDO静态功耗的增加。

当LDO的负载电流在短时间内发生较大的增大时，会使输出电压迅速降低，反馈电压也会迅速降低，通过误差放大器EA放大变化的信号，误差放大器EA输出端也会降低，即第一导通元件MP的栅极电压和第二导通元件MN的栅极电压降低。此时，流过第一导通元件MP的电流增大，流过第二导通元件MN的电流减小，第一导通元件MP增大的电流和第二导通元件MN减小的电流同时流进到了稳压器的输出端Vout，补偿了负载电流增大所消耗的电流，两个导通元件同时抑制了负载电流在短时间内增大而引起输出电压降低，加速了稳压器输出电压的稳定。

相反地，当LDO的负载电流在在短时间内发生较大的减小时，稳压器输出电压迅速增大，反馈电压也迅速增大，误差放大器EA输出端也会增大，即第一导通元件MP的栅极电压和第二导通元件MN的栅极电压增大。此时，流过第一导通元件MP的电流减小，流过第二导通元件MN的电流增大，即负载减小的电流一方面被第一导通元件MP减小的电流而吸收，同时被第二导通元件MN增大的电流泄放掉了，两个导通元件同时抑制了负载电流在短时间内减小而引起输出电压增大，加速了稳压器输出电压的稳定。

Claims (3)

1.低压差线性稳压器，包括反馈电路(100)和与误差放大器(EA)负极连接的参考电压单元(Vref)，在反馈电路(100)中具有第一导通元件(MP)，所述第一导通元件(MP)的控制端与误差放大器(EA)的输出端连接，第一导通元件(MP)的输入端接电源(Vin)，输出端连接所述稳压器的输出端(Vout)，在稳压器的输出端(Vout)和地之间还并联有电阻支路和外接的电容支路，在电阻支路中有串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，从第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间抽头出反馈信号(Vfb)连接至所述误差放大器(EA)的正极，在电容支路中有电容(C)，其特征为：稳压器的输出端(Vout)还与第二导通元件(MN)的输入端连接，第二导通元件(MN)的控制端连接至误差放大器(EA)的输出端，并且第二导通元件(MN)的输出端通过第三电阻(R3)接地，所述的第三电阻(R3)为可变电阻。

2.如权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征为：所述的第一导通元件(MP)和第二导通元件(MN)均为场效应管。

3.如权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征为：所述的第一导通元件(MP)为P型场效应管，第二导通元件(MN)为N型场效应管。