CN115202427B - 一种稳压电路及电源管理芯片 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种稳压电路，包括：第一MOS管、第二MOS管、放大器、功率管、第一电阻和第二电阻；第一MOS管的漏极用于接收电源电压，第一MOS管的栅极与第一MOS管的源极连接，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极连接放大器的输入端；第二MOS管的源极接地，第一电阻和第二电阻的公共节点连接第二MOS管的栅极；功率管的第一端连接放大器的输出端，功率管的第二端用于连接电源电压，功率管的第三端连接稳压电路的电压输出端；第一电阻的第一端连接功率管的第三端，第二电阻的第一端接地。该稳压电路通过第一MOS管和第二MOS管来提供参考电压，既降低了稳压电路的功耗，也降低了稳压电路的芯片面积，以便于芯片的集成。

Description

一种稳压电路及电源管理芯片
技术领域
本申请涉及电路技术领域，尤其是涉及一种稳压电路及电源管理芯片。
背景技术
近年来，随着物联网(internet of things，IOT)技术的不断发展，很多电子设备都需要用电源管理芯片供电。常见的电源管理芯片包括低压差线性稳压器(low dropoutregulator，LDO)。
如图1所示，传统的低压差线性稳压器由带隙基准模块101、差分放大器102、电阻分压网络103等部分构成。其中，带隙基准模块101用于提供参考电压Vref，并输入给差分放大器102的反向输入端。当输出电压Vout发生变化如降低时，输出电压Vout经过电阻分压网络103分压后，输入到差分放大器102的同相输入端，以便进行反馈调节，使输出电压Vout恢复到降低之前的电压值。
传统的低压差线性稳压器中，需要带隙基准模块101提供参考电压Verf，而带隙基准模块101会产生额外的功耗，增加低压差线性稳压器的功耗。另外，由于该带隙基准模块101会增加低压差线性稳压器的芯片面积，不利于芯片的集成。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种稳压电路。
本申请提供了如下技术方案：
第一方面，本申请提供了一种稳压电路，包括：第一金属-氧化物-半导体场效应MOS管、第二MOS管、放大器、功率管、第一电阻和第二电阻；
所述第一MOS管的漏极用于接收电源电压，所述第一MOS管的栅极与所述第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极连接所述放大器的输入端；
所述第二MOS管的源极接地，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第一电阻和所述第二电阻的公共节点连接所述第二MOS管的栅极；
所述功率管的第一端连接所述放大器的输出端，所述功率管的第二端用于接收所述电源电压，所述功率管的第三端连接所述稳压电路的电压输出端；
所述第一电阻的第一端连接所述功率管的第三端，所述第二电阻的第一端接地；
其中，当所述稳压电路的电压输出端的输出电压稳定后，所述第二MOS管的栅极电压为参考电压，所述参考电压根据所述第一MOS管和所述第二MOS管获得。
可选的，所述第一MOS管的类型为耗尽型，所述第二MOS管的类型为增强型。
可选的，所述第一MOS管的栅宽为第一设定值、所述第一MOS管的栅长为第二设定值、所述第二MOS管的栅宽为第三设定值、所述第二MOS管的栅长为第四设定值。
可选的，所述放大器为同相放大器，所述功率管为第一NMOS管；
所述同相放大器的输入端为所述放大器的输入端，所述同相放大器的输出端为所述放大器的输出端；
所述第一NMOS管的栅极连接所述同相放大器的输出端，所述第一NMOS管的漏极用于接收所述电源电压，所述第一NMOS管的源极连接所述稳压电路的电压输出端。
可选的，所述同相放大器包括同相放大电路；所述同相放大电路包括第二NMOS管、第一PMOS管、第三电阻、第四电阻；
所述第二NMOS管的栅极为所述同相放大器的输入端，所述第一PMOS管的漏极为所述同相放大器的输出端；
所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端用于接收所述电源电压；
所述第一PMOS管的栅极连接所述第二NMOS管的漏极，所述第一PMOS管的漏极连接所述第四电阻的第一端；
所述第四电阻的第二端接地。
可选的，所述同相放大器还包括第一补偿电路；
所述第一补偿电路包括串联的第五电阻和第一电容；
所述第一补偿电路的第一端连接所述第二NMOS管的栅极，所述第一补偿电路的第二端接地。
可选的，所述放大器为反相放大器，所述功率管为第二PMOS管；
所述反相放大器的输入端为所述放大器的输入端，所述反相放大器的输出端为所述放大器的输出端；
所述第二PMOS管的栅极连接所述反相放大器的输出端，所述第二PMOS管的源极用于接收所述电源电压，所述第二PMOS管的漏极连接所述稳压电路的电压输出端。
可选的，所述反相放大器包括反相放大电路；所述反相放大电路包括第三NMOS管和第六电阻；
所述第三NMOS管的栅极为所述反相放大器的输入端，所述第三NMOS管的漏极为所述反相放大器的输出端，所述第三NMOS管的源极接地；
所述第六电阻的第一端用于接收所述电源电压，所述第六电阻的第二端连接所述第三NMOS管的漏极。
可选的，所述反相放大器还包括第二补偿电路；
所述第二补偿电路包括串联的第七电阻和第二电容；
所述第二补偿电路的第一端连接所述第三NMOS管的栅极，所述第二补偿电路的第二端接地。
可选的，所述第一MOS管为N型MOS管，所述第二MOS管为N型MOS管。
第二方面，本申请提供了一种电源管理芯片，该电压管理芯片包括上述第一方面中任一种可选的稳压电路。
由以上技术方案可知，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种稳压电路，该稳压电路通过第一MOS管和第二MOS管来提供参考电压，无需内置带隙基准模块，一方面，降低了稳压电路的功耗，另一方面降低了稳压电路的芯片面积，以便于芯片的集成。该稳压电路在达到稳定的情况下，第二MOS管的栅极电压会达到稳定，稳定后的栅极电压即为参考电压，该参考电压由第一MOS管和第二MOS管确定。当该稳压电路的电压输出端的电压变化如降低时，第一电阻和第二电阻的公共节点的电压也会降低，进而向第二MOS管产生反馈电压，导致第二MOS管的漏极电压升高，即放大器的输入端电压升高，进而使功率管的第三端输出的电压升高，如此该稳压电路的电压输出端的电压能够恢复到降低之前的电压值。该稳压电路通过第一MOS管与第二MOS管，基于反馈电压和参考电压进行反馈调节，该参考电压根据第一MOS管和第二MOS管得到，无需在稳压电路中内置较为复杂的带隙基准模块来提供参考电压，如此降低了该稳压电路的功耗及芯片面积，进一步地，芯片面积降低后，更有利于芯片的集成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种低压差线性稳压器的拓扑图；
图2为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图；
图3为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图；
图4为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图；
图5为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图；
图6为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图；
图7为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图；
图8为本申请实施例提供的一种稳压电路的拓扑图。
具体实施方式
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
为了使本发明技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
为了便于本领域技术人员理解，下面先对本申请中涉及到的技术术语进行介绍。
低压差线性稳压器可以是电源提供较稳定的输出电压。如图1所示，该图示出了一种传统的低压差线性稳压器，该低压差线性稳压器由带隙基准模块101、差分放大器102、电阻分压网络103等部分构成。
其中，带隙基准模块101用于提供参考电压Vref，并输入给差分放大器102的反向输入端。当输出电压Vout发生变化如降低时，输出电压Vout经过电阻分压网络103分压后，输入到差分放大器102的同相输入端，以便进行反馈调节，使输出电压Vout恢复到降低之前的电压值。
然而，传统的低压差线性稳压器需要带隙基准模块101提供参考电压Vref，该带隙基准模块101会产生额外的功耗，进而增加低压差线性稳压器的功耗，另外，由于带隙基准模块101提供参考电压，进而会增加低压差线性稳压器的芯片面积，不利于芯片的集成。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种稳压电路，该稳压电路通过第一MOS管和第二MOS管来提供参考电压，无需内置带隙基准模块，一方面，降低了稳压电路的功耗，另一方面降低了稳压电路的芯片面积，以便于芯片的集成。
本实施例中，该稳压电路可以应用于低压差线性稳压器，为了便于本领域技术人员理解，下面以该稳压电路应用于低压差线性稳压器为例进行介绍。
如图2所示，该低压差线性稳压器包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、放大器A、功率管Mw、第一电阻R1和第二电阻R2。
第一MOS管M1的漏极用于接收电源电压VDD，第一MOS管M1的栅极与第一MOS管M1的源极连接，第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的漏极共同连接放大器A的输入端。
第二MOS管M2的源极接地GNN，第一电阻R1与第二电阻R2串联，第一电阻R1和第二电阻R2的公共节点连接第二MOS管M2的栅极。
功率管Mw的第一端连接放大器A的输出端，功率管Mw的第二端用于接收电源电压VDD，功率管Mw的第三端连接低压差线性稳压器的电压输出端，该电压输出端用于向提供输出电压Vout。
第一电阻R1的第一端连接功率管Mw的第三端，第二电阻R2的第一端接地。
该低压差线性稳压器中，当该低压差线性稳压器的电压输出端的输出电压Vout达到稳定的情况下，第二MOS管M2的栅极输入的电压为参考电压Vref，该参考电压Vref根据第一MOS管M1和第二MOS管M2确定。
当该低压差线性稳压器的电压输出端的输出电压Vout变化如降低时，第一电阻R1和第二电阻R2的公共节点的电压也会降低，进而向第二MOS管M2产生反馈电压，导致第二MOS管M2的漏极电压升高，即放大器A的输入端电压升高，进而使功率管的第三端输出的输出电压Vout升高，如此该低压差线性稳压器的电压输出端的输出电压Vout能够恢复到降低之前的电压值。
可见，在该低压差线性稳压器中，无需内置较为复杂的带隙基准模块来提供参考电压，如此，降低了该低压差线性稳压器的功耗及芯片面积，进一步地，芯片面积降低后，更有利于芯片的集成。
在一些实现方式中，第一MOS管M1的类型为耗尽型，第二MOS管M2的类型为增强型。当该低压差线性稳压器的电压输出端的输出电压Vout达到稳定的情况下，可以通过如下公式获得流过第一MOS管M1的电流I1：
其中，μn为电子迁移率，COX为单位面积的栅氧化层电容，W1为第一MOS管M1的栅宽，L1为第一MOS管M1的栅长，VTH1为第一MOS管M1的导通电压阈值，Vref为第一MOS管M1的栅极与源极之间的电压，即参考电压。
同理，可以通过如下公式获得流过第二MOS管M2的电流I2：
其中，W2为第二MOS管M2的栅宽，L2为第二MOS管M2的栅长，VTH2为第二MOS管M2的导通电压阈值。
由于放大器A的输入阻抗趋近于无穷大，在理想的情况下，流过第一MOS管M1的电流I1与流过第二MOS管M2的电流I2相同，即I1＝I2。结合上述公式(1)和公式(2)可以得到参考电压Vref，如下公式所示：
在本实施例中，第一MOS管M1的类型为耗尽型，故VTH1为负值，其绝对值|VTH1|具有正温度特性，即|VTH1|与温度正相关。第二MOS管M2的类型为增强型，故VTH2为正值，其具有负温度特性，即VTH2与温度负相关。如此，通过设计第一MOS管M1和第二MOS管M2的尺寸，例如，第一MOS管M1的栅宽W1为第一设定值、第一MOS管M1的栅长L1为第二设定值、第二MOS管M2的栅宽W2为第三设定值、第二MOS管M2的栅长L2为第四设定值，使参考电压Vref不受温度的影响，即得到零温度系数的参考电压Vref。进一步的，通过该零温度系数的参考电压Vref，对低压差线性稳压器的电压输出端的输出电压Vout进行调节时，也能够使该输出电压Vout也不受温度影响，即得到零温度系数的输出电压Vout，进而得到更为稳定的输出电压Vout。
以上介绍了第一MOS管M1为N型MOS管，第二MOS管M2为N型MOS管，下面介绍放大器A以及功率管Mw。放大器A的类型不同时，功率管Mw的选型也不同，下面分别介绍。
第一种：放大器A的同相放大器，功率管Mw为第一NMOS管。
如图3所示，该同相放大器A1的输入端为放大器A的输入端，即同相放大器A1的输入端与第一MOS管M1的源极连接。同相放大器A1的输出端为放大器A的输出端，即同相放大器A1的输出端与第一NMOS管Mn1的栅极连接。
第一NMOS管Mn1的漏极用于接收电源电压，第一NMOS管Mn1的源极连接该低压差线性稳压器的电压输出端。
在一些实现方式中，该同相放大器A1包括同相放大电路，如图4所示，该同相放大电路包括第二NMOS管Mn2、第一PMOS管Mp1，第三电阻R3，第四电阻R4。
第二NMOS管Mn2的栅极为该同相放大器A1的输入端，第一PMOS管Mp1的漏极为同相放大器的输出端。
第二NMOS管的源极接地，第二NMOS管的漏极连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端用于接收电源电压。
所述第一PMOS管Mp1的栅极连接第二NMOS管Mn2的漏极，第一PMOS管的漏极连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端接地。
在一些实现方式中，该同相放大器A1还包括第一补偿电路，该第一补偿电路用调整该低压差线性稳压器的零级响应，使该低压差线性稳压器趋于稳定。如图5所示，该第一补偿电路包括串联的第五电阻R5和第一电容C1。
该第一补偿电路的第一端连接第二NMOS管Mn2的栅极，第一补偿电路的第二端接地。
不申请不限定第五电阻R5和第一电容C1的连接顺序，在一些示例中可以是第五电阻R5的第一端连接第二NMOS管Mn2的栅极，第五电阻R5的第二端连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地。
在另一些示例中可以是第一电容C1的第一端连接第二NMOS管Mn2的栅极，第一电容C1的第二端连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端接地。
以上介绍了第一种情况，下面介绍第二种。
第二种：放大器A为反向放大器，功率管Mw为第二PMOS管。
如图6所示，该反向放大器A2的输入端为放大器A的输入端，即反向放大器A2的输入端与第一MOS管M1的源极连接。反向放大器A2的输出端为放大器A的输出端，即反向放大器A2的输出端与第二PMOS管的栅极连接。
第二PMOS管Mp2的源极用于接收电源电压，第二PMOS管Mp2的漏极连接该低压差线性稳压器的电压输出端。
在一些实现方式中，该反向放大器A2包括反向放大电路，如图7所示，该反向放大电路包括第三NMOS管Mn3和第六电阻R6。
第三NMOS管Mn3的栅极为反向放大器A2的输入端，第三NMOS管Mn3的漏极为反向放大器A2的输出端，第三NMOS管Mn3的源极接地。
第六电阻R6的第一端用于接收电源电压，第六电阻R6的第二端连接第三NMOS管Mn3的漏极。
在一些实现方式中，该反向放大器还包括第二补偿电路。如图8所示，第二补偿电路包括串联的第七电阻R7和第二电容C2。第二补偿电路的第一端连接第三NMOS管的栅极，第二补偿电路的第二端接地。
本申请不限定第七电阻R7和第二电容C2的连接顺序。在一些示例中，第七电阻R7的第一端连接第三NMOS管的栅极，第七电阻R7第二端连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端接地。
在另一些示例中，第二电容C2的第一端连接第三NMOS管的栅极，第二电容C2的第二端连接第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端接地。
以上两种示例中的连接方式均能够是该低压差线性稳压器趋于稳定，以提高稳定的输出电压。
本申请还提供了一种电压管理芯片，该电压管理芯片以上介绍的稳压电路。该稳压电路在达到稳定的情况下，第二MOS管的栅极电压会达到稳定，稳定后的栅极电压即为参考电压，该参考电压由第一MOS管和第二MOS管获得。当该稳压电路的电压输出端的电压变化如降低时，第一电阻和第二电阻的公共节点的电压也会降低，进而向第二MOS管产生反馈电压，导致第二MOS管的漏极电压升高，即放大器的输入端电压升高，进而使功率管的第三端输出的电压升高，如此该稳压电路的电压输出端的电压能够恢复到降低之前的电压值。该稳压电路通过第一MOS管与第二MOS管，基于反馈电压和参考电压进行反馈调节，该参考电压根据第一MOS管和第二MOS管得到，无需在稳压电路中内置较为复杂的带隙基准模块来提供参考电压，如此降低了该稳压电路的功耗及芯片面积，进一步地，芯片面积降低后，更有利于芯片的集成。
在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种稳压电路，其特征在于，包括：第一MOS管、第二MOS管、放大器、功率管、第一电阻和第二电阻；
所述第一MOS管的漏极用于接收电源电压，所述第一MOS管的栅极与所述第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极共同连接所述放大器的输入端；
所述第二MOS管的源极接地，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第一电阻和所述第二电阻的公共节点连接所述第二MOS管的栅极；
所述功率管的第一端连接所述放大器的输出端，所述功率管的第二端用于接收所述电源电压，所述功率管的第三端连接所述稳压电路的电压输出端；
所述第一电阻的第一端连接所述功率管的第三端，所述第二电阻的第一端接地；
其中，当所述稳压电路的电压输出端的输出电压稳定后，所述第二MOS管的栅极输入的电压为参考电压，所述参考电压根据所述第一MOS管和所述第二MOS管确定。
2.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，所述第一MOS管的类型为耗尽型，所述第二MOS管的类型为增强型。
3.根据权利要求2所述的稳压电路，其特征在于，所述第一MOS管的栅宽为第一设定值、所述第一MOS管的栅长为第二设定值、所述第二MOS管的栅宽为第三设定值、所述第二MOS管的栅长为第四设定值，以得到零温度系数的参考电压。
4.根据权利要求1-3任一项所述的稳压电路，其特征在于，所述放大器为同相放大器，所述功率管为第一NMOS管；
所述同相放大器的输入端为所述放大器的输入端，所述同相放大器的输出端为所述放大器的输出端；
所述第一NMOS管的栅极连接所述同相放大器的输出端，所述第一NMOS管的漏极用于接收所述电源电压，所述第一NMOS管的源极连接所述稳压电路的电压输出端。
5.根据权利要求4所述的稳压电路，其特征在于，所述同相放大器包括同相放大电路；所述同相放大电路包括第二NMOS管、第一PMOS管、第三电阻、第四电阻；
所述第二NMOS管的栅极为所述同相放大器的输入端，所述第一PMOS管的漏极为所述同相放大器的输出端；
所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端用于接收所述电源电压；
所述第一PMOS管的栅极连接所述第二NMOS管的漏极，所述第一PMOS管的漏极连接所述第四电阻的第一端；
所述第四电阻的第二端接地。
6.根据权利要求5所述的稳压电路，其特征在于，所述同相放大器还包括第一补偿电路；
所述第一补偿电路包括串联的第五电阻和第一电容；
所述第一补偿电路的第一端连接所述第二NMOS管的栅极，所述第一补偿电路的第二端接地。
7.根据权利要求1-3任一项所述的稳压电路，其特征在于，所述放大器为反相放大器，所述功率管为第二PMOS管；
所述反相放大器的输入端为所述放大器的输入端，所述反相放大器的输出端为所述放大器的输出端；
所述第二PMOS管的栅极连接所述反相放大器的输出端，所述第二PMOS管的源极用于接收所述电源电压，所述第二PMOS管的漏极连接所述稳压电路的电压输出端。
8.根据权利要求7所述的稳压电路，其特征在于，所述反相放大器包括反相放大电路；所述反相放大电路包括第三NMOS管和第六电阻；
所述第三NMOS管的栅极为所述反相放大器的输入端，所述第三NMOS管的漏极为所述反相放大器的输出端，所述第三NMOS管的源极接地；
所述第六电阻的第一端用于接收所述电源电压，所述第六电阻的第二端连接所述第三NMOS管的漏极。
9.根据权利要求8所述的稳压电路，其特征在于，所述反相放大器还包括第二补偿电路；
所述第二补偿电路包括串联的第七电阻和第二电容；
所述第二补偿电路的第一端连接所述第三NMOS管的栅极，所述第二补偿电路的第二端接地。
10.一种电源管理芯片，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的稳压电路。
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