一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器制造技术

本发明专利技术公开了一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器，包括误差放大单元(1)，过流保护单元(2)，补偿电路单元(3)，二级放大单元(4)，电流采样单元(5)，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2。误差放大器单元(1)，用于完成双端输入到单端输出的转换；过流保护单元(2)，用于实现过流保护功能；补偿电路单元(3)，用于保证在多种负载下环路的稳定性；二级放大单元(4)，用于将误差放大器的输出转换成与电源电压有关的两路控制信号。本发明专利技术存在误差放大单元主环路和过流保护环路两个环路，两个环路均有频率补偿电路，且频率补偿互不干扰。本发明专利技术适用于高电源电压且负载变化范围较大的供电环境。

A high input voltage double loop stable linear regulator

【技术实现步骤摘要】
一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器
本专利技术属于电子电路
，具体涉及一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器电路。
技术介绍
随着当今集成电路行业的高速发展，国内电子芯片服务领域开始从手机等便携电子设备向汽车电子方向转移。与便携电子相比，汽车电子具有使用周期长、不易被替代等优点，因此对于公司来说，汽车电子能够带来比消费类电子更加稳定的现金流。同时由于汽车电子与消费类电子的价格存在一定差异，客户对于汽车电子的价格变化敏感程度较低，因此汽车电子具有更高的利润。常见的电源管理芯片包括开关电源DC-DC和低压差线性稳压器(LDO)。开关电源虽然具有效率高的优点，但由于需要外接电感或变压器，其存在开关噪声较大、电路体积庞大等问题。LDO线性稳压器因其具有集成度高、噪声低、静态电流低、结构简单等优点而得到了广泛的应用。用于汽车类的电子，整体安全性要求比消费类电子高，其中最基本的条件就是要保证在汽车应用的恶劣环境下芯片不被损坏。首先芯片的耐压要足够，因为汽车里电瓶电压一般是12V，而在汽车打火的瞬间能升高到40V。同时，芯片内部应该集成过流、过温等保护电路，防止芯片工作在异常状态而被损坏。LDO电路中大功率开关管在工作中可能会因过流而使管内能量聚集，易引起雪崩并损坏器件，因此在实际应用中过流保护是维持功率器件可靠、稳定运行的关键之处。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对汽车电子领域高安全性的要求，提出一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器电路。能够承受车用高电压，又具有过流保护功能，防止芯片工作在异常状态而被损坏。同时，为了提高相位裕度保证环路稳定性，加入了频率补偿电路。为实现上述目的，本专利技术提出一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器，其包括：误差放大器单元1，过流保护单元2，补偿电路单元3，二级放大单元4，电流采样单元5，分压反馈单元6，负载单元7、输出功率管，包括第一PMOS管P1一个隔离PMOS和第二PMOS管P2一个高压PMOS；所述误差放大器单元1，用于完成从双端输入到单端输出的转换，为环路提供高增益；其设有三路输入，第一输入端连接内部预稳压电压VDD，第二输入端连接基准电压VREF，第三输入端连接分压反馈信号VFB；输出端输出误差放大信号A；所述过流保护单元2，用于控制环路以实现过流保护的功能；其设有五路输入，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接二级放大单元4输出的电源参考信号B，第三输入端连接电流采样单元(5)输出的采样信号VS，第四输入端连接第二栅端调制信号RE2，第五输入端连接第一栅端调制信号RE1；设有两路输出，第一输出端连接至误差放大单元1的输出端，用于在过流时限制误差放大单元1的输出电压，以达到过流保护的目的，第二输出端输出过流补偿信号D；所述补偿电路单元3，用于提高环路在多种负载下相位裕度，保证环路稳定性；其设有两路输入，第一输入端连接内部预稳压电压VDD，第二输入端连接误差放大信号A，第三输入端连接过流补偿信号D；所述二级放大单元4，用于将误差放大单元1的输出转换成与电源电压VIN有关的两路控制信号第一栅端调制信号RE1和第二栅端调制信号RE2；其设有三路输入，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接内部预稳压电压VDD，第三输入端连接误差放大信号A；设有三路输出，第一输出端输出电源参考信号B，第二输出端输出第一栅端调制信号RE1，第三输出端输出第二栅端调制信号RE2；所述电流采样单元5，用于对输出电流进行采样；其设有三个输入端，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接第一栅端调制信号RE1，第三输入端连接至第一PMOS管P1的漏端；输出端输出电流采样信号VS；所述分压反馈单元6，用于将输出电压VOUT分压进行反馈；其输入端连接输出电压VOUT，输出端输出分压反馈信号VFB；所述负载单元7，作为芯片应用时的外部负载；输入端接输出电压VOUT；所述输出功率管，用于流过负载所需的电流；其中，第一PMOS管P1的源端、衬底和隔离端均连接电源电压VIN，第一PMOS管P1的栅端连接第一栅端调制信号RE1，第一PMOS管P1的漏端连接第二PMOS管P2的源端；所述第二PMOS管P2的栅端连接第二栅端调制信号RE2，第二PMOS管P2的漏端连接输出电压VOUT。作为第一优选，上述误差放大单元1包括两个NPN三极管第一三极管Q1和第二三极管Q2，四个PMOS管第三到第六PMOS管P3～P6，六个NMOS管第一到第六NMOS管N1～N6，以及两个电阻第一电阻R1和第二电阻R2；其中：所述第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第一电阻R2构成输入端，其中，第一三极管Q1的基极为误差放大单元1的第三输入端，连接分压反馈单元6输出的分压反馈信号VFB，其发射极与第一电阻R1的一端相连，其集电极与第四PMOS管P4的漏端相连；第二三极管Q2的基极为误差放大单元1的第二输入端，连接基准电压VREF，其发射极与第二电阻R2一端相连，其集电极与第五PMOS管P5的漏端相连；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端相连，并连接至第二NMOS管的漏端；所述第三PMOS管P3和第四PMOS管P4栅端相连构成电流镜结构，第四PMOS管P4栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端，第三PMOS管P3的漏端作为电流镜的输出端，并连接至第三NMOS管N3的漏端；所述第五PMOS管P5和第六PMOS管P6栅端相连构成电流镜结构，第五PMOS管P5栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端，第六PMOS管P6的漏端与第四NMOS管N4的漏端相连作为误差放大单元1的输出端，并输出误差放大信号A；所述第一NMOS管N1和第二NMOS管N2栅端相连构成电流镜结构，第一NMOS管N1的栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端并连接电流镜输入信号IBS1，第一NMOS管N1的源端和衬底接GND；第二NMOS管N2的源端和衬底接GND，第二NMOS管N2的漏端作为电流镜的输出端；所述第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5和第六NMOS管N6组成共源共栅电流镜负载；其中，第三NMOS管N3和第四NMOS管N4栅端相连，第三NMOS管N3的栅端与自身漏端相连，第三NMOS管N3的源端连接至第五NMOS管N5的漏端，第四NMOS管N4的源端连接至第六NMOS管N6的漏端；第五NMOS管N5和第六NMOS管N6栅端相连，第五NMOS管N5的栅端与自身漏端相连，第五NMOS管N5的源端和第六NMOS管N6的源端共同连接至GND。作为第二优选，上述误差放大器单元1包括两个NPN三极管第三三极管Q3和第四三极管Q4，五个PMOS管第七到第十一PMOS管P7～P11，六个NMOS晶体管第七到第十二NMOS管N7～N12，以及两个电阻第三电阻R3和第四电阻R4；其中：所述第三三极管Q3、第四三极管Q4、第三电阻R3、第四电阻R4构成输入端，其中，第三三极管Q3的基极作为误差放大单元1的第三输入端，连接分压反馈单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器，其特征在于，为满足车用电子的需求，要求芯片能承受输入电压VIN最高到40V的范围；所述高输入电压双环路稳定的线性稳压器包括：误差放大器单元(1)，过流保护单元(2)，补偿电路单元(3)，二级放大单元(4)，电流采样单元(5)，分压反馈单元(6)，负载单元(7)、输出功率管，包括第一PMOS管P1一个隔离PMOS和第二PMOS管P2一个高压PMOS；/n所述误差放大器单元(1)，用于完成从双端输入到单端输出的转换，为环路提供高增益；其设有三路输入，第一输入端连接内部预稳压电压VDD，第二输入端连接基准电压VREF，第三输入端连接分压反馈信号VFB；输出端输出误差放大信号A；/n所述过流保护单元(2)，用于控制环路以实现过流保护的功能；其设有五路输入，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接二级放大单元(4)输出的电源参考信号B，第三输入端连接电流采样单元(5)输出的采样信号VS，第四输入端连接第二栅端调制信号RE2，第五输入端连接第一栅端调制信号RE1；设有两路输出，第一输出端连接至误差放大单元(1)的输出端，用于在过流时限制误差放大单元(1)的输出电压，以达到过流保护的目的，第二输出端输出过流补偿信号D；/n所述补偿电路单元(3)，用于提高环路在多种负载下相位裕度，保证环路稳定性；其设有两路输入，第一输入端连接内部预稳压电压VDD，第二输入端连接误差放大信号A，第三输入端连接过流补偿信号D；/n所述二级放大单元(4)，用于将误差放大单元(1)的输出转换成与电源电压VIN有关的两路控制信号第一栅端调制信号RE1和第二栅端调制信号RE2；其设有三路输入，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接内部预稳压电压VDD，第三输入端连接误差放大信号A；设有三路输出，第一输出端输出电源参考信号B，第二输出端输出第一栅端调制信号RE1，第三输出端输出第二栅端调制信号RE2；/n所述电流采样单元(5)，用于对输出电流进行采样；其设有三个输入端，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接第一栅端调制信号RE1，第三输入端连接至第一PMOS管P1的漏端；输出端输出电流采样信号VS；/n所述分压反馈单元(6)，用于将输出电压VOUT分压进行反馈；其输入端连接输出电压VOUT，输出端输出分压反馈信号VFB；/n所述负载单元(7)，作为芯片应用时的外部负载；输入端接输出电压VOUT；/n所述输出功率管，用于流过负载所需的电流；其中，第一PMOS管P1的源端、衬底和隔离端均连接电源电压VIN，第一PMOS管P1的栅端连接第一栅端调制信号RE1，第一PMOS管P1的漏端连接第二PMOS管P2的源端；所述第二PMOS管P2的栅端连接第二栅端调制信号RE2，第二PMOS管P2的漏端连接输出电压VOUT。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高输入电压双环路稳定的线性稳压器，其特征在于，为满足车用电子的需求，要求芯片能承受输入电压VIN最高到40V的范围；所述高输入电压双环路稳定的线性稳压器包括：误差放大器单元(1)，过流保护单元(2)，补偿电路单元(3)，二级放大单元(4)，电流采样单元(5)，分压反馈单元(6)，负载单元(7)、输出功率管，包括第一PMOS管P1一个隔离PMOS和第二PMOS管P2一个高压PMOS；
所述误差放大器单元(1)，用于完成从双端输入到单端输出的转换，为环路提供高增益；其设有三路输入，第一输入端连接内部预稳压电压VDD，第二输入端连接基准电压VREF，第三输入端连接分压反馈信号VFB；输出端输出误差放大信号A；
所述过流保护单元(2)，用于控制环路以实现过流保护的功能；其设有五路输入，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接二级放大单元(4)输出的电源参考信号B，第三输入端连接电流采样单元(5)输出的采样信号VS，第四输入端连接第二栅端调制信号RE2，第五输入端连接第一栅端调制信号RE1；设有两路输出，第一输出端连接至误差放大单元(1)的输出端，用于在过流时限制误差放大单元(1)的输出电压，以达到过流保护的目的，第二输出端输出过流补偿信号D；
所述补偿电路单元(3)，用于提高环路在多种负载下相位裕度，保证环路稳定性；其设有两路输入，第一输入端连接内部预稳压电压VDD，第二输入端连接误差放大信号A，第三输入端连接过流补偿信号D；
所述二级放大单元(4)，用于将误差放大单元(1)的输出转换成与电源电压VIN有关的两路控制信号第一栅端调制信号RE1和第二栅端调制信号RE2；其设有三路输入，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接内部预稳压电压VDD，第三输入端连接误差放大信号A；设有三路输出，第一输出端输出电源参考信号B，第二输出端输出第一栅端调制信号RE1，第三输出端输出第二栅端调制信号RE2；
所述电流采样单元(5)，用于对输出电流进行采样；其设有三个输入端，第一输入端连接电源电压VIN，第二输入端连接第一栅端调制信号RE1，第三输入端连接至第一PMOS管P1的漏端；输出端输出电流采样信号VS；
所述分压反馈单元(6)，用于将输出电压VOUT分压进行反馈；其输入端连接输出电压VOUT，输出端输出分压反馈信号VFB；
所述负载单元(7)，作为芯片应用时的外部负载；输入端接输出电压VOUT；
所述输出功率管，用于流过负载所需的电流；其中，第一PMOS管P1的源端、衬底和隔离端均连接电源电压VIN，第一PMOS管P1的栅端连接第一栅端调制信号RE1，第一PMOS管P1的漏端连接第二PMOS管P2的源端；所述第二PMOS管P2的栅端连接第二栅端调制信号RE2，第二PMOS管P2的漏端连接输出电压VOUT。


2.如权利要求1所述的高输入电压双环路稳定的线性稳压器，其特征在于，所述误差放大单元(1)包括两个NPN三极管第一三极管Q1和第二三极管Q2，四个PMOS管第三到第六PMOS管P3～P6，六个NMOS管第一到第六NMOS管N1～N6，以及两个电阻第一电阻R1和第二电阻R2；其中：
所述第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第一电阻R2构成输入端，其中，第一三极管Q1的基极为误差放大单元(1)的第三输入端，连接分压反馈单元(6)输出的分压反馈信号VFB，其发射极与第一电阻R1的一端相连，其集电极与第四PMOS管P4的漏端相连；第二三极管Q2的基极为误差放大单元(1)的第二输入端，连接基准电压VREF，其发射极与第二电阻R2一端相连，其集电极与第五PMOS管P5的漏端相连；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端相连，并连接至第二NMOS管的漏端；
所述第三PMOS管P3和第四PMOS管P4栅端相连构成电流镜结构，第四PMOS管P4栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端，第三PMOS管P3的漏端作为电流镜的输出端，并连接至第三NMOS管N3的漏端；
所述第五PMOS管P5和第六PMOS管P6栅端相连构成电流镜结构，第五PMOS管P5栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端，第六PMOS管P6的漏端与第四NMOS管N4的漏端相连作为误差放大单元(1)的输出端，并输出误差放大信号A；
所述第一NMOS管N1和第二NMOS管N2栅端相连构成电流镜结构，第一NMOS管N1的栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端并连接电流镜输入信号IBS1，第一NMOS管N1的源端和衬底接GND；第二NMOS管N2的源端和衬底接GND，第二NMOS管N2的漏端作为电流镜的输出端；
所述第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5和第六NMOS管N6组成共源共栅电流镜负载；其中，第三NMOS管N3和第四NMOS管N4栅端相连，第三NMOS管N3的栅端与自身漏端相连，第三NMOS管N3的源端连接至第五NMOS管N5的漏端，第四NMOS管N4的源端连接至第六NMOS管N6的漏端；第五NMOS管N5和第六NMOS管N6栅端相连，第五NMOS管N5的栅端与自身漏端相连，第五NMOS管N5的源端和第六NMOS管N6的源端共同连接至GND。


3.如权利要求1所述的高输入电压双环路稳定的线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器单元(1)包括两个NPN三极管第三三极管Q3和第四三极管Q4，五个PMOS管第七到第十一PMOS管P7～P11，六个NMOS晶体管第七到第十二NMOS管N7～N12，以及两个电阻第三电阻R3和第四电阻R4；其中：
所述第三三极管Q3、第四三极管Q4、第三电阻R3、第四电阻R4构成输入端，其中，第三三极管Q3的基极作为误差放大单元(1)的第三输入端，连接分压反馈单元(6)输出的分压反馈信号VFB，其发射极与第三电阻R3的一端相连，其集电极与第八PMOS管P8的漏端相连；第四三极管Q4的基极作为误差放大单元(1)的第二输入端，连接基准电压VREF，其发射极与第二电阻R2一端相连，其集电极与第七PMOS管P7的漏端相连；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端相连，并连接至第八NMOS管N8的漏端；
所述第七NMOS管N7和第八NMOS管N8栅端相连构成电流镜结构，第七NMOS管N7的栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端并连接电流镜输入信号IBS2，第七NMOS管N7的源端和衬底接GND；第八NMOS管N8的源端和衬底接GND，第八NMOS管N8的漏端作为电流镜的输出端；
所述第七到第十一PMOS管P7～P11构成共源共栅结构；其中，第七PMOS管P7、第八PMOS管P8和第九PMOS管P9的栅端相连构成电流镜结构，第九PMOS管P9的栅端与自身漏端相连作为电流镜的输入端并连接电流镜输入信号IBS3，第八PMOS管P8的漏端作为电流镜的第一输出端并连接至第十一PMOS管P11的源端，第七PMOS管P7的漏端作为电流镜的第二输出端并连接至第十PMOS管P10的源端，第七PMOS管P7、第八PMOS管P8和第九PMOS管P9的源端共同连接内部预稳压电压VDD；所述第十PMOS管P10和第十一PMOS管P11的栅端共同连接内部偏置电压VB1，第十PMOS管P10的漏端连接至第九NMOS管N9的漏端，第十一PMOS管P11的漏端与第十NMOS管N10的漏端相连，并作为误差放大单元(1)的输出端输出误差放大信号A；
所述第九NMOS管N9、第十NMOS管N10、第十一NMOS管N11和及第十二NMOS管N12组成共源共栅电流镜负载；其中，第九NMOS管N9和第十NMOS管N10的栅端共同连接内部偏置电压VB2，第九NMOS管N9的源端连接至第十一NMOS管N11的漏端，第十NMOS管N10的漏端作为共源共栅电流镜负载的输出端，其源端连接至第十二NMOS管N12的漏端；第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12的栅端相连构成电流镜结构，且第十一NMOS管N11的栅端与第九NMOS管N9的漏端相连作为电流镜的输入，第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12的源端共同连接GND。


4.如权利要求1所述的高输入电压双环路稳定的线性稳压器，其特征在于，所述过流保护单元(2)包括四个隔离PMOS第十二到第十五PMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：来新泉，吴美中，王宇恒，胡枭，刘晨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61