CN111679710A - 压差检测电路及低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压差检测电路及低压差线性稳压器，所述压差检测电路利用低压差线性稳压器结构中固有的误差放大器，结合额外添加的少数元器件构成的检测支路，根据检测支路输出的检测信号的电平变化即可判断出低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值变化，实现了对低压差线性稳压器的输入电压和低压差线性稳压器的输出电压的异常监控，摒弃了现有技术中所需要的采样电路和比较电路，电路结构简单，降低了功耗和成本；同时，检测的是低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值，不需要针对低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压分别设计一个检测电路，进一步降低了功耗与成本。

Description

压差检测电路及低压差线性稳压器

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别是涉及一种压差检测电路及低压差线性稳压器。

背景技术

线性稳压器集成电路将电压从较高电平降至较低电平，且无需电感。低压差线性稳压器(LDO)是一种特殊类型的线性稳压器，其输入电压和输出电压之间的差值通常低于400mV。低压差线性稳压器的电路设计相对简单，它是一种微功耗的线性稳压器，通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比，广泛应用于电源管理技术领域。

但是，由于其输入电压或者负载的变化，会引起输出电压的变化，影响其稳定性，需要实时监测其输入电压与输出电压。目前，针对低压差线性稳压器的电压监测设计技术已经非常成熟，主要对监测电压进行采样，再与基准电压通过比较器比较后使报警信号电平发生翻转。这通常需要采样电路和比较器等额外的器件模块才能实现，同时需要对每个电压设计一个对应的监测电路，对于低功耗的低压差线性稳压器而言，无疑会增加电路的功耗。

发明内容

鉴于以上所述传统技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压差检测电路的设计方案，用于解决上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种压差检测电路，对低压差线性稳压器中输入电压与输出电压的差值进行检测，包括第一检测支路、第二检测支路及第三检测支路，所述第一检测支路、所述第二检测支路及所述第三检测支路分别接在所述低压差线性稳压器的输入电压与地之间，所述第二检测支路与所述第三检测支路电连接，所述第二检测支路与所述低压差线性稳压器中误差放大器的输出端电连接，所述第三检测支路输出检测信号，所述第二检测支路根据所述低压差线性稳压器的输入电压与所述低压差线性稳压器的输出电压的差值调节控制所述检测信号。

可选地，所述第一检测支路包括依次串接的第一电阻、三极管、第二电阻、第一MOS管及第二MOS管，所述第一电阻的一端接所述低压差线性稳压器的输入电压，所述第一电阻的另一端同时接所述三极管的基极与集电极，所述三极管的发射极接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接所述第一MOS管的漏极，所述第一MOS管的栅极接所述低压差线性稳压器的基准电压，所述第一MOS管的源极接所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的栅极接偏置电压，所述第二MOS管的源极接地。

可选地，所述第二检测支路包括依次串接的第三MOS管及第四MOS管，所述第三MOS管的源极接所述三极管的基极，所述第三MOS管的栅极接所述低压差线性稳压器中误差放大器的输出端，所述第三MOS管的漏极接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极接所述偏置电压，所述第四MOS管的源极接地。

可选地，所述第三检测支路包括依次串接的第五MOS管及第六MOS管，所述第五MOS管的源极接所述低压差线性稳压器的输入电压，所述第五MOS管的漏极接所述第六MOS管的漏极，所述第六MOS管的栅极接所述偏置电压，所述第六MOS管的源极接地。

可选地，所述第三检测支路还包括依次串接的第一反相器及第二反相器，所述第一反相器的输入端接所述第五MOS管的漏极，所述第一反相器的输出端接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端输出所述检测信号。

可选地，所述压差检测电路还包括第三电阻及第七MOS管，所述第三电阻的一端接所述第三MOS管的漏极，所述第三电阻的另一端接所述第七MOS管的栅极，所述第七MOS管的漏极接所述第五MOS管的栅极，所述第七MOS管的源极接地。

可选地，所述压差检测电路还包括第一电容及第二电容，所述第一电容的一端接所述第七MOS管的栅极，所述第一电容的另一端接地，所述第二电容的一端接所述第五MOS管的栅极，所述第二电容的另一端接地。

可选地，所述压差检测电路还包括偏置子电路，所述偏置子电路提供所述偏置电压。

可选地，所述三极管为NPN三极管，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第四MOS管、所述第六MOS管及所述第七MOS管为NMOS管，所述第三MOS管及所述第五MOS管为PMOS管。

此外，为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种低压差线性稳压器，包括上述任意一项所述的压差检测电路。

如上所述，本发明的压差检测电路，具有以下有益效果：

在低压差线性稳压器中现有的误差放大器的基础上添加第二检测支路和第三检测支路，第二检测支路与低压差线性稳压器中误差放大器的输出端电连接，第二检测支路与第三检测支路电连接，且第二检测支路及第三检测支路分别接在低压差线性稳压器的输入电压与地之间，第二检测支路根据低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值调节控制第三检测支路输出的检测信号，根据检测信号的电平变化即可判断出低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值变化，整个压差检测电路的电路结构简单，不需要额外的采样电路和比较电路，降低了功耗与成本；同时，该电路检测的是低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值，不需要针对低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压分别设计一个检测电路，进一步降低了功耗与成本。

附图说明

图1显示为本发明实施例中压差检测电路的电路原理图。

图2显示为包括图1所示的压差检测电路的低压差线性稳压器的输出电压Vout随输入电压VDD与输出电压Vout的差值变化的仿真示意图。

图3显示为图2中压差检测电路输出的检测信号ERR随输入电压VDD与输出电压Vout的差值变化的仿真示意图。

附图标记说明

R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，M1-第一MOS管，M2-第二MOS管，M3-第三MOS管，M4-第四MOS管，M5-第五MOS管，M6-第六MOS管，M7-第七MOS管，INV1-第一反相器，INV2-第二反相器，C1-第一电容，C2-第二电容，EA-低压差线性稳压器中的误差放大器，BIAS-偏置子电路，GND-地，V_FB-低压差线性稳压器中的反馈电压，V_REF-低压差线性稳压器中的基准电压，VDD-低压差线性稳压器中的输入电压，ERR–检测信号，I1-第一电流，I2-第二电流，I3-第三电流。

具体实施方式

如前述在背景技术中所述的，目前低压差线性稳压器的输入电压与输出电压的电压检测方案的电路设计结构复杂，需要用到额外的采样电路和比较电路，功耗和成本高；同时，需要针对输入电压与输出电压分别设计检测电路，进一步增加了功耗和成本。

基于此，本发明提出一种针对低压差线性稳压器的输入电压与输出电压的压差检测电路，在低压差线性稳压器中现有的误差放大器的基础上添加检测支路，对低压差线性稳压器的输入电压和低压差线性稳压器中误差放大器的输出进行临界点检测，而(在基准电压一定时)误差放大器的输出与低压差线性稳压器的输出电压相关，进而间接实现了低压差线性稳压器的输入电压和低压差线性稳压器的输出电压的差值的临界点检测。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所涵盖的范围内。

如图1所示，本发明提供一种压差检测电路，对低压差线性稳压器中输入电压VDD与输出电压Vout的差值进行检测，包括第一检测支路、第二检测支路及第三检测支路，第一检测支路、第二检测支路及第三检测支路分别接在低压差线性稳压器的输入电压VDD与地GND之间，第二检测支路与第三检测支路电连接，第二检测支路与低压差线性稳压器中误差放大器EA的输出端电连接，第三检测支路输出检测信号ERR，第二检测支路根据低压差线性稳压器的输入电压VDD与低压差线性稳压器的输出电压Vout的差值调节控制检测信号ERR。

详细地，如图1所示，第一检测支路包括依次串接的第一电阻R1、三极管Q1、第二电阻R2、第一MOS管M1及第二MOS管M2，第一电阻R1的一端接低压差线性稳压器的输入电压VDD，第一电阻R1的另一端同时接三极管Q1的基极与集电极，三极管Q1的发射极接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接第一MOS管M1的漏极，第一MOS管M1的栅极接低压差线性稳压器的基准电压V_REF，第一MOS管M1的源极接第二MOS管M2的漏极，第二MOS管M2的栅极接偏置电压，第二MOS管M2的源极接地GND。

详细地，如图1所示，第二检测支路包括依次串接的第三MOS管M3及第四MOS管M4，第三MOS管M3的源极接三极管Q1的基极，第三MOS管M3的栅极接低压差线性稳压器中误差放大器EA的输出端，第三MOS管M3的漏极接第四MOS管M4的漏极，第四MOS管M4的栅极接偏置电压，第四MOS管M4的源极接地GND。

详细地，如图1所示，第三检测支路包括依次串接的第五MOS管M5及第六MOS管M6，第五MOS管M5的源极接低压差线性稳压器的输入电压VDD，第五MOS管M5的漏极接第六MOS管M6的漏极，第六MOS管M6的栅极接偏置电压，第六MOS管M6的源极接地GND。

详细地，如图1所示，第三检测支路还包括依次串接的第一反相器INV1及第二反相器INV2，第一反相器INV1的输入端接第五MOS管M5的漏极，第一反相器INV1的输出端接第二反相器INV2的输入端，第二反相器INV2的输出端输出检测信号ERR。

详细地，如图1所示，压差检测电路还包括第三电阻R3及第七MOS管M7，第三电阻R3的一端接第三MOS管M3的漏极，第三电阻R3的另一端接第七MOS管M7的栅极，第七MOS管M7的漏极接第五MOS管M5的栅极，第七MOS管M7的源极接地GND。

可选地，如图1所示，压差检测电路还包括第一电容C1及第二电容C2，第一电容C1的一端接第七MOS管M7的栅极，第一电容C1的另一端接地GND，第二电容C2的一端接第五MOS管M5的栅极，第二电容C2的另一端接地GND。

可选地，如图1所示，压差检测电路还包括偏置子电路BIAS，偏置子电路BIAS为第二MOS管M2、第四MOS管M4、第六MOS管M6提供偏置电压，确定了流过第一检测支路的第一电流I1、流过第二检测支路的第二电流I2以及流过第三检测支路的第三电流I3的大小。其中，偏置子电路BIAS的详细结构可参考现有技术，在此不再赘述。

详细地，如图1所示，三极管Q1为NPN三极管，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第四MOS管M4、第六MOS管M6及第七MOS管M7为NMOS管，第三MOS管M3及第五MOS管M5为PMOS管。

可以理解的是，三极管Q1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6及第七MOS管M7的类型可以适当变换，即三极管Q1可以是PNP三极管，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第四MOS管M4、第六MOS管M6及第七MOS管M7也可以是PMOS管，第三MOS管M3及第五MOS管M5也可以是NMOS管。当管子的类型变换时，电路结构需要作相应的调整，在此不再赘述。

详细地，对于低压差线性稳压器而言，其输入电压VDD与输出电压Vout的差值减小存在两种情况：

(1)、当调整管一端的输入电压VDD减小时，调整管另一端的输出电压Vout会跟着减小，接入误差放大器EA的反馈电压V_FB随着输出电压Vout的减小而减小，从而使得误差放大器EA的输出电压减小，减小了流过调整管的电流，使得调整管两端的压降减小，进而变相地增大输出电压Vout，最终使得输出电压Vout不变；也就是说，当输入电压VDD减小时，输出电压Vout会先跟着减小后复原，最终输入电压VDD与输出电压Vout的差值相应减小，误差放大器EA的输出电压会随着输入电压VDD的减小而减小，同时，经过误差放大器EA的放大，误差放大器EA的输出电压的减小幅度大于输入电压VDD的减小幅度，从而使得输入电压VDD与误差放大器EA的输出电压之间的差值随着输入电压VDD的减小而增大。

(2)、当输出电压Vout一侧的负载异常使得输出电压Vout增大时，接入误差放大器EA的反馈电压V_FB随着输出电压Vout的增大而增大，从而使得误差放大器EA的输出电压增大，增大了流过调整管的电流，使得调整管两端的压降增大，进而变相地减小输出电压Vout，最终使得输出电压Vout不变；也就是说，当输入电压VDD不变而输出电压Vout增大时，通过反馈环路很快就会对输出电压Vout进行校正，此时，输入电压VDD与输出电压Vout的差值瞬时减小后很快就会复原，不需要检测。

因此，如图1所示，整个压差检测电路主要针对低压差线性稳压器中由输入电压VDD减小而引起的输入电压VDD与输出电压Vout的差值减小的情况进行检测，对应的工作原理如下：

1)、当输入电压VDD减小，且输入电压VDD与误差放大器EA的输出电压之间的差值小于I1*R1+|Vtp|时，第一MOS管M1截止，第二检测支路与第三检测支路均没有导通，第三检测支路输出的检测信号ERR为低电平(零)，此时，输入电压VDD的减小值尚可接受，低压差线性稳压器工作还算正常，仅有第一检测支路导通，整个压差检测电路消耗的电流为第一电流I1，其中，Vtp为第一MOS管M1的阈值电压(即第一MOS管M1导通时的栅源电压)；

2)、当输入电压VDD继续减小，且输入电压VDD与误差放大器EA的输出电压之间的差值大于等于I1*R1+|Vtp|时，第一MOS管M1导通，第二检测支路与第三检测支路同时导通，第三检测支路输出的检测信号ERR为高电平，对外发出警示，提示输入电压VDD低于限定值，此时，输入电压VDD的减小值超过一定范围，低压差线性稳压器工作异常，第一检测支路、第二检测支路及第三检测支路均导通，消耗的电流有流过第一检测支路的第一电流I1、流过第二检测支路的第二电流I2以及流过第三检测支路的第三电流I3。

更详细地，如图1所示，通过第一检测支路还决定了输入电压VDD的最小值：VDD__MIN≥(R1+R2)*I1+V_BE+V_REF-Vtn，式中，VDD__MIN为输入电压VDD的最小值，V_BE为三极管Q1的BE结电压，Vtn为第一MOS管M1的阈值电压。

此外，本发明还提供一种低压差线性稳压器，其包括上述压差检测电路，通过该压差检测电路能实时对输入电压VDD与输出电压Vout的差值进行检测与警示。

详细地，为了验证本发明中压差检测电路的技术效果，在本发明的一个实施例中，设计输出电压Vout为3.3V，基准电压V_REF约为1.2V，第一电流I1为4μA，第二电流I2为500nA，第三电流I3为250nA，第一电阻R1为77KΩ，第二电阻R2为35KΩ，输入电压VDD与输出电压Vout的最小压差为130mV，输入电压VDD与输出电压Vout的压差的检测阈值约为170mV，仿真如图2-3所示。

更详细地，如图2所示，当输入电压VDD与输出电压Vout的差值大于等于130mV时，输出电压Vout能稳定保持为3.3V，也就是：当输入电压VDD大于等于3.43V时输出电压Vout为3.3V。

更详细地，如图3所示，当输出电压Vout为3.3V且输入电压VDD与输出电压Vout的差值大于173mV时，检测信号ERR为低电平；当输入电压VDD与输出电压Vout的差值小于170mV时，检测信号ERR为高电平。也就是说，当输入电压VDD与输出电压Vout的差值减小到170～173mV时，检测信号ERR发生翻转，由低电平变为高电平。

综上所述，本发明提供的压差检测电路及低压差线性稳压器，利用低压差线性稳压器结构中固有的误差放大器和基准电压，结合额外添加的少数元器件构成的检测支路，根据检测支路输出的检测信号的电平变化即可判断出低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值变化，实现了对低压差线性稳压器的输入电压和低压差线性稳压器的输出电压的异常监控，该压差检测电路摒弃了现有技术中所需要的采样电路和比较电路，电路结构简单，降低了功耗和成本；同时，该压差检测电路检测的是低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压的差值，不需要针对低压差线性稳压器的输入电压与低压差线性稳压器的输出电压分别设计一个检测电路，进一步降低了功耗与成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种压差检测电路，对低压差线性稳压器中输入电压与输出电压的差值进行检测，其特征在于，包括第一检测支路、第二检测支路及第三检测支路，所述第一检测支路、所述第二检测支路及所述第三检测支路分别接在所述低压差线性稳压器的输入电压与地之间，所述第二检测支路与所述第三检测支路电连接，所述第二检测支路与所述低压差线性稳压器中误差放大器的输出端电连接，所述第三检测支路输出检测信号，所述第二检测支路根据所述低压差线性稳压器的输入电压与所述低压差线性稳压器的输出电压的差值调节控制所述检测信号。

2.根据权利要求1所述的压差检测电路，其特征在于，所述第一检测支路包括依次串接的第一电阻、三极管、第二电阻、第一MOS管及第二MOS管，所述第一电阻的一端接所述低压差线性稳压器的输入电压，所述第一电阻的另一端同时接所述三极管的基极与集电极，所述三极管的发射极接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接所述第一MOS管的漏极，所述第一MOS管的栅极接所述低压差线性稳压器的基准电压，所述第一MOS管的源极接所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的栅极接偏置电压，所述第二MOS管的源极接地。

3.根据权利要求2所述的压差检测电路，其特征在于，所述第二检测支路包括依次串接的第三MOS管及第四MOS管，所述第三MOS管的源极接所述三极管的基极，所述第三MOS管的栅极接所述低压差线性稳压器中误差放大器的输出端，所述第三MOS管的漏极接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极接所述偏置电压，所述第四MOS管的源极接地。

4.根据权利要求3所述的压差检测电路，其特征在于，所述第三检测支路包括依次串接的第五MOS管及第六MOS管，所述第五MOS管的源极接所述低压差线性稳压器的输入电压，所述第五MOS管的漏极接所述第六MOS管的漏极，所述第六MOS管的栅极接所述偏置电压，所述第六MOS管的源极接地。

5.根据权利要求4所述的压差检测电路，其特征在于，所述第三检测支路还包括依次串接的第一反相器及第二反相器，所述第一反相器的输入端接所述第五MOS管的漏极，所述第一反相器的输出端接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端输出所述检测信号。

6.根据权利要求5所述的压差检测电路，其特征在于，所述压差检测电路还包括第三电阻及第七MOS管，所述第三电阻的一端接所述第三MOS管的漏极，所述第三电阻的另一端接所述第七MOS管的栅极，所述第七MOS管的漏极接所述第五MOS管的栅极，所述第七MOS管的源极接地。

7.根据权利要求6所述的压差检测电路，其特征在于，所述压差检测电路还包括第一电容及第二电容，所述第一电容的一端接所述第七MOS管的栅极，所述第一电容的另一端接地，所述第二电容的一端接所述第五MOS管的栅极，所述第二电容的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的压差检测电路，其特征在于，所述压差检测电路还包括偏置子电路，所述偏置子电路提供所述偏置电压。

9.根据权利要求8所述的压差检测电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第四MOS管、所述第六MOS管及所述第七MOS管为NMOS管，所述第三MOS管及所述第五MOS管为PMOS管。

10.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的压差检测电路。

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