低压差线性稳压器及其稳压方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种低压差线性稳压器及其稳压方法。低压差线性稳压器包括：驱动电路，根据参考电压和反馈电压产生第一控制信号，根据第一控制信号产生输出电流，负载电容根据输出电流提供输出电压；电压反馈电路，根据输出电压获得反馈电压；电流反馈电路，根据输出电流产生第二控制信号；切换电路，根据第二控制信号提供参考电压。其中，在启动过程的第一阶段，参考电压小于等于初始值，电流反馈电路根据第二控制信号限制输出电流，在启动过程的第二阶段，切换电路将参考电压的电压值切换至目标值。本发明专利技术实施例的低压差线性稳压器及其稳压方法能够在启动过程中有效地限制输出电流并使输出电压平缓地上升以减弱或避免过冲现象。

Low Dropout Linear Regulator and Its Regulating Method

The embodiment of the present invention discloses a low differential linear regulator and its voltage stabilization method. The low-drop linear regulator includes: driving circuit which generates the first control signal according to reference voltage and feedback voltage, output current according to the first control signal, load capacitor which provides output voltage according to output current; voltage feedback circuit which obtains feedback voltage according to output voltage; current feedback circuit which obtains feedback voltage according to output voltage. The current generates a second control signal; the switching circuit provides a reference voltage according to the second control signal. In the first stage of the start-up process, the reference voltage is less than or equal to the initial value, the current feedback circuit limits the output current according to the second control signal, and in the second stage of the start-up process, the switching circuit switches the reference voltage to the target value. The low differential linear regulator and its voltage stabilization method according to the embodiment of the present invention can effectively limit the output current and cause the output voltage to rise gently during the start-up process to reduce or avoid overshoot phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
低压差线性稳压器及其稳压方法
本专利技术涉及电子电路
，具体地，涉及一种低压差线性稳压器及其稳压方法。
技术介绍
低压差线性稳压器(LowDropoutRegulator,LDO)是一种广泛地应用在电源系统中的电路，用于提供稳定的输出电压Vout。通常，输出电压Vout＝Vdd-Vdrop，其中，Vdd表示电源电压，Vdrop表示电源电压与输出电压之间的电压差。在LDO的启动过程中，LDO根据参考电压产生充电电流使得输出电压Vout由0V变化至目标电压值。在启动过程中：考虑到LDO的使用寿命、驱动能力以及内部电路的电流特性，LDO的输出电流需要被限制在一定的范围内；在LDO的输出电压Vout邻近目标电压值时，如果输出电流不能迅速从充电电流值下降到负载电流值，那么LDO的输出电压就会出现过冲现象。如果过冲现象带来的过冲电压幅度过大，则与LDO相连的后续负载电路很有可能出现功能失效、过热损坏等现象。所以如何在启动过程中保证LDO的输出电压能够平缓地达到目标电压值从而避免或减缓输出电压的过冲现象是一个值得研究的课题。图1示出的一种传统的低压差线性稳压器的示意性电路图。如图1所示，传统的低压差线性稳压器1000包括差分放大器OP0、缓冲单元1100、驱动管Pbuf0、电压反馈单元1200以及负载电容Cload和负载电阻Rload。其中，差分放大器OP0的电源端和接地端分别接收电源电压Vdd和参考地电压Vgnd，差分放大器OP0根据参考电压Vref0和反馈电压Vfb0之间的差值产生控制信号V01；缓冲单元1100包括N沟道型的晶体管N0以及P沟道型的晶体管P0，晶体管N0和P0相连于节点A0，晶体管N0的导通程度受控于控制信号V01的电压值，即节点A0的电压V02被下拉的程度受控于控制电压V01，晶体管P0的控制端与节点A0相连；驱动管Pbuf0的控制端与晶体管P0的控制端相连于节点A0以接收电压V02，从而驱动管Pbuf0能够根据电压V02产生输出电流Iout；输出电流Iout作用于负载电容Cload，从而产生输出电压Vout；电压反馈单元1200利用分压电阻R01和R02对输出电压Vout进行采样以获得用于表征输出电压的反馈电压Vfb0。传统的低压差线性稳压器1000通过电压反馈环路实现输出电压Vout的启动过程以及稳压过程。如图1所示，当输出电压Vout未达到参考电压Vref0对应的目标电压值时，反馈电压Vfb0会低于参考电压Vref0，因此控制信号V01导通晶体管N0，从而降低节点A0的电压V02，使得驱动管Pbuf0产生更大的输出电流Iout以对负载电容Cload继续充电，实现提高输出电压Vout的目的，直至输出电压Vout达到参考电压Vref0对应的目标电压值。图2示出图1中的低压差线性稳压器在启动过程中的参考电压Vref0和输出电压Vout的波形示意图。如图2和图1所示，在启动过程中，参考电压Vref0瞬间由初始的低电平电压(例如为0V)上升至目标值vref0_tg，使得参考电压Vref0远远高于反馈电压Vfb0，因此输入至差分放大器OP0的参考电压Vref0与反馈电压Vfb0之间的差值很大，导致控制电压V01接近差分放大器OP1的输出电压摆幅范围的最大值，节点A0的电压V02被下拉至很低的电压水平，使得驱动管Pbuf0处于几乎完全开启的状态，此时输出电流Iout的电流值Ich(充电电流值)会远远高于低压差线性稳压器1000在稳压过程中提供的输出电流Iout的电流值Ist(负载电流值)。因此，传统的低压差线性稳压器1000存在以下不足之处：启动过程中，由于参考电压Vref0会瞬间上升至目标值vref0_tg，因此输出电流Iout会瞬间达到很高的电流值Ich，这会缩短驱动管Pbuf0的使用寿命，并要求版图(Layout)布局中导体的走线具有一定的宽度，从而导致版图面积的增大和布局布线难度的增加；同时，在启动过程中，当输出电压Vout接近目标电压值vout_tg时，低压差线性稳压器需要将输出电流Iout的电流值从很高的电流值Ich恢复至较低的电流值Ist，由于电压反馈环路需要一定的响应时间，因此这一恢复过程会导致输出电压Vout在一段时间内高于目标电压值，即出现过冲现象，当输出电压Vout与目标电压值vout_tg相比存在很大的过冲电压v_overshoot时，与低压差线性稳压器相连的后级负载电路会受到影响。针对上述不足之处，一种现有技术对上述传统的低压差线性稳压器进行了改进。图3示出了这种现有技术的低压差线性稳压器中参考电压和输出电压的波形示意图。如图3所示，在启动过程中，参考电压Vref0不会从低电平电压直接增大到目标值vref0_tg，而是从低电平电压逐级增大到目标值vref0_tg，以防止启动过程中输出电流Iout过高。另外，由于输出电流Iout被限制，因此当输出电压Vout接近目标电压值vout_tg时，输出电流Iout恢复至负载电流值所需的时间较短，因此这一现有技术能够在一定程度上减缓输出电压Vout的过冲现象。然而，如图3所示，上述现有技术提供的低压差线性稳压器中仍然存在输出电压的过冲现象。因此，期待一种新的低压差线性稳压器，其能够在启动过程中限制输出电流的大小，并有效地防止输出电压出现过冲现象，使得输出电压能够在启动过程中平缓稳定地上升至目标电压值。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术通过设置切换电路实现对电流反馈环和电压反馈环之间的自动切换，并通过在启动过程中的不同阶段设置具有不同电压值的参考电压以限制输出电流的大小，从而防止输出电流瞬间增大，并有效地防止输出电压出现过冲现象，使得输出电压能够在启动过程中平缓稳定地上升至目标电压值。根据本专利技术的一方面，提供了一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：驱动电路，根据参考电压和反馈电压产生第一控制信号，并根据所述第一控制信号产生输出电流，负载电容根据所述输出电流提供输出电压；电压反馈电路，根据所述输出电压获得所述反馈电压；电流反馈电路，根据所述输出电流产生第二控制信号；以及切换电路，用于根据所述第二控制信号提供所述参考电压，其中，所述低压差线性稳压器的启动过程包括第一阶段和第二阶段，在所述第一阶段中，所述参考电压的电压值小于等于初始值，所述电流反馈电路根据所述第二控制信号调节所述第一控制信号以限制所述输出电流，在所述第二阶段中，所述切换电路根据所述第二控制信号将所述参考电压的电压值切换至目标值，所述初始值小于所述目标值。优选地，在所述驱动电路中，所述输出电流随所述第一控制信号的电压的升高而增大。优选地，所述电流反馈电路包括第一晶体管，所述第一晶体管用于提供所述第一控制信号到参考地之间的第一电流路径，所述第一晶体管的控制端接收所述第二控制信号，在所述第一阶段，所述第一晶体管的导通程度受控于所述第二控制信号以调节所述第一控制信号，在所述第二阶段，所述第一晶体管被所述第二控制信号关断。优选地，所述第一晶体管包括P沟道型晶体管。优选地，所述电流反馈电路还包括电流源，当所述反馈电压的电压值上升至所述初始值时，所述电流源对所述第一晶体管的控制端提供充电电流以将所述第二控制信号抬高至高电平状态。优选地，所述切换电路包括：第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：驱动电路，根据参考电压和反馈电压产生第一控制信号，并根据所述第一控制信号产生输出电流，负载电容根据所述输出电流提供输出电压；电压反馈电路，根据所述输出电压获得所述反馈电压；电流反馈电路，根据所述输出电流产生第二控制信号；以及切换电路，用于根据所述第二控制信号提供所述参考电压，其中，所述低压差线性稳压器的启动过程包括第一阶段和第二阶段，在所述第一阶段中，所述参考电压的电压值小于等于初始值，所述电流反馈电路根据所述第二控制信号调节所述第一控制信号以限制所述输出电流，在所述第二阶段中，所述切换电路根据所述第二控制信号将所述参考电压的电压值切换至目标值，所述初始值小于所述目标值。

【技术特征摘要】
1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：驱动电路，根据参考电压和反馈电压产生第一控制信号，并根据所述第一控制信号产生输出电流，负载电容根据所述输出电流提供输出电压；电压反馈电路，根据所述输出电压获得所述反馈电压；电流反馈电路，根据所述输出电流产生第二控制信号；以及切换电路，用于根据所述第二控制信号提供所述参考电压，其中，所述低压差线性稳压器的启动过程包括第一阶段和第二阶段，在所述第一阶段中，所述参考电压的电压值小于等于初始值，所述电流反馈电路根据所述第二控制信号调节所述第一控制信号以限制所述输出电流，在所述第二阶段中，所述切换电路根据所述第二控制信号将所述参考电压的电压值切换至目标值，所述初始值小于所述目标值。2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，在所述驱动电路中，所述输出电流随所述第一控制信号的电压的升高而增大。3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电流反馈电路包括第一晶体管，所述第一晶体管用于提供所述第一控制信号到参考地之间的第一电流路径，所述第一晶体管的控制端接收所述第二控制信号，在所述第一阶段，所述第一晶体管的导通程度受控于所述第二控制信号以调节所述第一控制信号，在所述第二阶段，所述第一晶体管被所述第二控制信号关断。4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述第一晶体管包括P沟道型晶体管。5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电流反馈电路还包括电流源，当所述反馈电压的电压值上升至所述初始值时，所述电流源对所述第一晶体管的控制端提供充电电流以将所述第二控制信号抬高至高电平状态。6.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述切换电路包括：第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端和所述第二开关的第二端分别接收第一基准电压和第二基准电压，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第二端相连以提供所述参考电压，所述第一基准电压的电压值和所述第二基准电压的电压值分别等于所述初始值和所述目标值；以及逻辑电路，根据所述第二控制信号控制所述第一开关和所述第二开关的导通和关断，当所述第二控制信号处于低电平状态时，所述第一开关导通且所述第二开关关断，当所述第二控制信号处于高电平状态时，所述第二开关导通且所述第一开关关断。7.根据权利要求6所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述逻辑电路包括：锁存器，用于根据使能信号和所述第二控制信号的电平状态产生开关控制信号，在所述使能信号有效时，所述第一开关和所述第二开关之一在所述开关控制信号的控制下导通。8.根据权利要求7所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器还包括复位电路，所述复位电路包括：保持电容，其第一端与所述参考地相连，第二端与所述第一晶体管的控制端相连；以及复位晶体管，当所述使能信号无效时，所述复位晶体管导通以使所述保持电容的第一端和第二端短接。9.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述电流反馈电路还包括：第二晶体管，用于对所述输出电流采样以获得采样电流；以及第三晶体管，用于提供所述第二控制信号到参考地之间的第二电流路径，所述第三晶体管的控制端根据所述采样电流产生采样电压以使所述第三晶体管的导通程度受控于所述采样电压。10.根据权利要求9所述的低压差线性稳压器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宁，
申请(专利权)人：北京集创北方科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11