CN113970947A - 一种低压差线性稳压器以及电子设备 - Google Patents

一种低压差线性稳压器以及电子设备 Download PDF

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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
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Abstract

本申请公开了一种低压差线性稳压器以及电子设备，其中，该低压差线性稳压器包括放大器、第一功率管、反馈电路和负载电流调节电路，该放大器的正向输入端用于输入参考电压；该第一功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，第一功率管的控制端连接放大器的输出端，第一功率管的输入端用于输入电源电压，第一功率管的输出端连接负载，以输出驱动电压对负载进行驱动；该反馈电路连接第一功率管的输出端和放大器的反向输入端；该负载电流调节电路连接第一功率管的输出端，用于感应驱动电压的变化，并根据驱动电压的变化调节第一功率管的输出端输出的驱动电流，以提高驱动电压的变化速度。通过上述方式，能够提高负载的性能。

Description

一种低压差线性稳压器以及电子设备
技术领域
本申请涉及电路技术领域，特别是涉及一种低压差线性稳压器以及电子设备。
背景技术
低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)是新一代的集成电路稳压器，低压差线性稳压器是一个自耗很低的微型片上***(system on chip，SOC)。它可用于电流主通道控制，芯片上集成了具有极低线上导通电阻的功率管、二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路，并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。
当LDO的负载变化时，LDO的输出电压可能会随着负载的变化而变得过高或者过低，进一步造成负载出现过大的电压变化，影响负载的性能。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供了一种低压差线性稳压器以及电子设备，能够提高负载的性能。
本申请采用的一个技术方案是：提供一种低压差线性稳压器，该低压差线性稳压器包括：放大器，放大器的正向输入端用于输入参考电压；第一功率管，第一功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，第一功率管的控制端连接放大器的输出端，第一功率管的输入端用于输入电源电压，第一功率管的输出端连接负载，以输出驱动电压对负载进行驱动；反馈电路，连接第一功率管的输出端和放大器的反向输入端；负载电流调节电路，连接第一功率管的输出端，用于感应驱动电压的变化，并根据驱动电压的变化调节第一功率管的输出端输出的驱动电流，以提高驱动电压的变化速度。
其中，负载电流调节电路包括：感应电路，连接第一功率管，用于感应第一功率管的电流；预加载电路，连接感应电路和第一功率管的输出端，用于根据感应的第一功率管的电流，形成预加载电流，并根据驱动电压的变化调节预加载电流，进而调节驱动电流，以提高驱动电压的变化速度。
其中，感应电路包括：第二功率管，第二功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，第二功率端的控制端连接第一功率管的控制端，第二功率管的输入端用于输入电源电压，第二功率管的输出端连接预加载电路。
其中，第一功率管与第二功率管的感应电流转换比例系数大于1。
其中，预加载电路包括：第三功率管，第三功率管的输入端连接第二功率管的输出端，第三功率管的输出端接地，第三功率管的控制端连接第三功率管的输入端；第四功率管，第四功率管的输入端连接第一功率管的输出端，第四功率管的输出端接地，第四功率管的控制端连接第三功率管的控制端；第一电容，第一电容的第一端连接第一功率管的输出端，第一电容的第二端连接第四功率管的控制端；第五功率管，第五功率管的输入端连接第二功率管的输出端，第五功率管的输出端连接第三功率管的输入端；第六功率管，第六功率管的输入端连接第一功率管的输出端，第六功率管的输出端连接第四功率管的输入端，第六功率管的控制端连接第五功率管的控制端。
其中，第三功率管与第四功率管的感应电流转换比例系数小于1。
其中，第五功率管与第六功率管的感应电流转换比例系数小于1。
其中，第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管。
其中，反馈电路包括：第一电阻，第一电阻的第一端连接第一功率管的输出端，第一电阻的第二端连接放大器的反向输入端；第二电阻，第二电阻的第一端连接第一电阻的第二端，第二电阻的第二端接地。
本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括如上述的低压差线性稳压器。
本申请提供的低压差线性稳压器包括：放大器，放大器的正向输入端用于输入参考电压；第一功率管，第一功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，第一功率管的控制端连接放大器的输出端，第一功率管的输入端用于输入电源电压，第一功率管的输出端连接负载，以输出驱动电压对负载进行驱动；反馈电路，连接第一功率管的输出端和放大器的反向输入端；负载电流调节电路，连接第一功率管的输出端，用于感应驱动电压的变化，并根据驱动电压的变化调节第一功率管的输出端输出的驱动电流。通过上述方式，能够根据输出端驱动电压的变化情况来对应调节负载电流，一方面可以在负载的电压变化时，进行实时的响应，调高或者调低负载电流，以免影响负载的性能，另一方面由于根据感应电压变化来实时改变负载电流，进一步提高驱动电压的变化速度，实现迅速响应。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请提供的低压差线性稳压器第一实施例的结构示意图；
图2是本申请提供的低压差线性稳压器第二实施例的结构示意图；
图3是本申请提供的低压差线性稳压器第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参阅图1，图1是本申请提供的低压差线性稳压器第一实施例的结构示意图，该低压差线性稳压器100包括放大器10、第一功率管M1、反馈电路20和负载电流调节电路30，其中，该第一功率管M1为N型场效应晶体管。
其中，放大器10的一个输入端用于输入参考电压Vref；第一功率管M1的控制端连接放大器10的输出端，第一功率管M1的输入端用于输入电源电压VDD，第一功率管M1的输出端连接负载Loading，以输出驱动电压VO对负载Loading进行驱动；反馈电路20连接第一功率管M1的输出端和放大器10的另一个输入端。负载电流调节电路30连接第一功率管M1的输出端，用于感应驱动电压VO的变化，并根据驱动电压VO的变化调节第一功率管M1的输出端输出的驱动电流I0，以提高驱动电压VO的变化速度。
参阅图2，图2是本申请提供的低压差线性稳压器第二实施例的结构示意图，该低压差线性稳压器100包括放大器10、第一功率管M1、反馈电路20和负载电流调节电路30，第一功率管M1功率管为N型场效应晶体管。
其中，放大器10的正向输入端(+)用于输入参考电压Vref；第一功率管M1的控制端连接放大器10的输出端，第一功率管M1的输入端用于输入电源电压VDD，第一功率管M1的输出端连接负载Loading，以输出驱动电压VO对负载Loading进行驱动；反馈电路20连接第一功率管M1的输出端和放大器10的反向输入端(-)。负载电流调节电路30连接第一功率管M1的输出端，用于感应驱动电压VO的变化，并根据驱动电压VO的变化调节第一功率管M1的输出端输出的驱动电流I0，以提高驱动电压VO的变化速度。
其中，负载电流调节电路30包括感应电路和预加载电路。感应电路用于感应第一功率管的电流，预加载电路根据感应的第一功率管M1的电流，形成预加载电流，并根据驱动电压VO的变化调节预加载电流，进而调节驱动电流，以提高驱动电压VO的变化速度。
具体地，感应电路包括第二功率管M2，第二功率管M2为N型场效应晶体管，第二功率端M2的控制端连接第一功率管M1的控制端，第二功率管M2的输入端用于输入电源电压VDD，第二功率管M2的输出端连接预加载电路。
具体地，预加载电路包括第三功率管M3、第四功率管M4和第一电容C1。第三功率管M3的输入端连接第二功率管M2的输出端，第三功率管M3的输出端接地，第三功率管M3的控制端连接第三功率管M3的输入端；第四功率管M4的输入端连接第一功率管M1的输出端，第四功率管M4的输出端接地，第四功率管M4的控制端连接第三功率管M3的控制端；第一电容C1的第一端连接第一功率管M1的输出端，第一电容C1的第二端连接第四功率管M4的控制端。
其中，负载电流调节电路30还包括第五功率管M5和第六功率管M6。第五功率管M5的输入端连接第二功率管M2的输出端，第五功率管M5的输出端连接第三功率管M3的输入端；第六功率管M6的输入端连接第一功率管M1的输出端，第六功率管M6的输出端连接第四功率管M4的输入端，第六功率管M6的控制端连接第五功率管M5的控制端，其中，第六功率管M6的控制端和第五功率管M5的控制端连接于VB点，VB点为偏压控制点。
在本实施例中，由于第五功率管M5和第六功率管的控制端连在一起，通过偏压控制点VB的控制，使得第二功率管M2感应第一功率管M1的电流更加准确。
可选地，在上述实施例中，第三功率管M3、第四功率管M4、第五功率管M5和第六功率管M6为N型场效应晶体管。
在工作过程中，由于第一功率管M1和第二功率管M2的控制端相连，第一功率管M1和第二功率管M2输入端都连接电源电压VDD，因此，第二功率管M2可以感应第一功率管M1的电流。进一步，经由第三功率管M3和第四功率管M4按照比例转换成预加载负载电流(通过M4的电流)。
当负载Loading减少时，驱动电压VO电压会升高，藉由此电压差经由C1耦合到第三功率管M3和第四功率管M4的控制端，使得第四功率管M4的控制端电压增高，此时流过第四功率管M4电流会增加，也就是在驱动电压VO上增加负载电流，吸取驱动电压VO上过多的能量，可使得驱动电压VO降，达到快速响应效果。
当负载Loading增加时，驱动电压VO电压会降低，藉由此电压差经由C1耦合到第三功率管M3和第四功率管M4的控制端，使得第四功率管M4的控制端电压降低，此时流过第四功率管M4电流会减少，也就是在驱动电压VO上减小负载电流，提供驱动电压VO上不足的能量，可使得驱动电压VO升高，达到快速响应效果。
可选地，在一实施例中，第一功率管M1与第二功率管M2的感应电流转换比例系数大于1，即第一功率管M1到第二功率管M2的感应电流转换比例为N：1，N>1。
可选地，在一实施例中，第三功率管M3与第四功率管M4的感应电流转换比例系数小于1。即第三功率管M3到第四功率管M4的感应电流转换比例为1：K，K>1。
可选地，在一实施例中，第五功率管M5与第六功率管M6的感应电流转换比例系数小于1。即第五功率管M5到第六功率管M6的感应电流转换比例为1：K，K>1。
区别于现有技术，上述实施例提供的低压差线性稳压器包括：放大器，放大器的正向输入端用于输入参考电压；第一功率管，第一功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，第一功率管的控制端连接放大器的输出端，第一功率管的输入端用于输入电源电压，第一功率管的输出端连接负载，以输出驱动电压对负载进行驱动；反馈电路，连接第一功率管的输出端和放大器的反向输入端；负载电流调节电路，连接第一功率管的输出端，用于感应驱动电压的变化，并根据驱动电压的变化调节第一功率管的输出端输出的驱动电流。通过上述方式，能够根据输出端驱动电压的变化情况来对应调节负载电流，一方面可以在负载的电压变化时，进行实时的响应，调高或者调低负载电流，以免影响负载的性能，另一方面由于根据感应电压变化来实时改变负载电流，进一步提高驱动电压的变化速度，实现迅速响应。
可以理解地，在上述的实施例中，功率管可以是MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、IGBT((Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor，电子注入增强门极晶体管)等多种功率管中的一种或者多种。以MOS管为例，上述实施例中的功率管的控制端、输入端、输出端分别对应MOS管的栅极、源级和漏极。
另外，在其他实施例中，上述的功率管也可以采用三极晶体管，如图3所示，图3是本申请提供的低压差线性稳压器第三实施例的结构示意图，其中的M1-M6均为NPN型三极晶体管，其工作原理与上述实施例类似，这里不再详述。
另外，本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括如上述的实施例中提供的低压差线性稳压器。可以理解地，上述的电子设备可以是智能设备、家用电器、网络设备等，这里不一一举例。
在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是根据本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括：
放大器，所述放大器的正向输入端用于输入参考电压；
第一功率管，所述第一功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，所述第一功率管的控制端连接所述放大器的输出端，所述第一功率管的输入端用于输入电源电压，所述第一功率管的输出端连接负载，以输出驱动电压对所述负载进行驱动；
反馈电路，连接所述第一功率管的输出端和所述放大器的反向输入端；
负载电流调节电路，连接所述第一功率管的输出端，用于感应所述驱动电压的变化，并根据所述驱动电压的变化调节所述第一功率管的输出端输出的驱动电流，以提高所述驱动电压的变化速度。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述负载电流调节电路包括：
感应电路，连接所述第一功率管，用于感应所述第一功率管的电流；
预加载电路，连接所述感应电路和所述第一功率管的输出端，用于根据感应的所述第一功率管的电流，形成预加载电流，并根据所述驱动电压的变化调节所述预加载电流，进而调节所述驱动电流，以提高所述驱动电压的变化速度。
3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述感应电路包括：
第二功率管，所述第二功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管，所述第二功率端的控制端连接所述第一功率管的控制端，所述第二功率管的输入端用于输入所述电源电压，所述第二功率管的输出端连接所述预加载电路。
4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述第一功率管与所述第二功率管的感应电流转换比例系数大于1。
5.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述预加载电路包括：
第三功率管，所述第三功率管的输入端连接所述第二功率管的输出端，所述第三功率管的输出端接地，所述第三功率管的控制端连接所述第三功率管的输入端；
第四功率管，所述第四功率管的输入端连接所述第一功率管的输出端，所述第四功率管的输出端接地，所述第四功率管的控制端连接所述第三功率管的控制端；
第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一功率管的输出端，所述第一电容的第二端连接所述第四功率管的控制端；
第五功率管，所述第五功率管的输入端连接所述第二功率管的输出端，所述第五功率管的输出端连接所述第三功率管的输入端；
第六功率管，所述第六功率管的输入端连接所述第一功率管的输出端，所述第六功率管的输出端连接所述第四功率管的输入端，所述第六功率管的控制端连接所述第五功率管的控制端。
6.根据权利要求5所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述第三功率管与所述第四功率管的感应电流转换比例系数小于1。
7.根据权利要求5所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述第五功率管与所述第六功率管的感应电流转换比例系数小于1。
8.根据权利要求5所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述第三功率管、所述第四功率管、所述第五功率管和所述第六功率管为N型场效应晶体管或NPN型三极晶体管。
9.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，
所述反馈电路包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述第一功率管的输出端，所述第一电阻的第二端连接所述放大器的反向输入端；
第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端接地。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任一项所述的低压差线性稳压器。
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