一种恒定功率线性稳压器的制作方法

本发明涉及线性稳压器，尤其涉及一种恒定功率线性稳压器，属于集成电路技术领域。

背景技术：

随着便携式电子产品广泛使用于工作和生活的各个方面，对便携式电子产品的供电电源的性能提出了更高的要求，尤其是系统的可靠性方面。线性稳压器ldo电路由于其电路简易，并且无电磁干扰，因此被广泛使用。但是线性稳压器有一个缺点，就是其效率很低，尤其是对于输入电压vin和输出电压vout之差比较大时的应用，如果输出大电流iout，就会产生大量的发热，发热功率计算就是p＝(vin-vout)*iout。如果芯片长时间大量发热就会导致芯片的可靠性严重下降。因此，需要采用合适的保护电路，将芯片的温度控制在安全的温度范围内。现有的技术，当出现温度保护功能时，会直接将输出输出电压关断，然后等待芯片降温后再恢复输出电压，通常这种情况下输出电压会剧烈变化，即从额定输出电压到零的振荡，带来后续电路的不稳定。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决现有技术的缺陷，提供一种恒定功率线性稳压器，通过引入温度保护误差放大电路和二极管，可以控制芯片发热功率保持在额定功率，即实现恒定发热功率，从而控制芯片温度保持在安全范围内，并根据额定功率，控制输出电压稳定在一恒定电压值。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种恒定功率线性稳压器，设有误差放大器va、功率传输管ppower以及电阻r1和r2构成的线性稳压器控制环路，误差放大器va的负输入端连接基准电压vref，误差放大器va的正输入端连接电阻r1与r2的连接端，电阻r2的另一端接地，电阻r1的另一端连接功率传输管ppower的漏极并作为输出端out，误差放大器va的输出端连接功率传输管ppower的栅极，功率传输管ppower的源极和衬底互连并连接电源vcc；

其特征在于，增设误差放大器ta和二极管d1，误差放大器ta的正输入端连接线性稳压器芯片的温度值tdie，误差放大器ta的负输入端连接温度参考基准值tref，误差放大器ta的输出端连接二极管d1的正端，二极管d1的负端连接误差放大器va的正端和电阻r1与r2的连接端。

所述线性稳压器芯片的温度值tdie是通过检测与芯片温度相关的电压得到的，可采用双极晶体管的基级和发射极vbe电压作为芯片温度值tdie，连接误差放大器ta的负输入端；所述温度参考基准值tref采用零温度系数的基准电压vt作为温度参考基准值，连接误差放大器ta的正输入端。

所述线性稳压器芯片的温度值tdie及温度参考基准值tref的产生电路包括pmos管p10、双极晶体管pnp1、双极晶体管pnp2以及电阻r10、电阻r20、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6和误差放大器va2；pmos管p10的源极与衬底互连并连接电源vcc，pmos管p10的漏极连接电阻r10的一端和电阻r5的一端并作为基准电压vref输出端，电阻r10的另一端连接电阻r20的一端和电阻r3的一端，电阻r20的另一端连接双极晶体管pnp1的发射极和误差放大器va2的负输入端，双极晶体管pnp1的基极与集电极互连并接地，电阻r3的另一端连接电阻r4的一端和误差放大器va2的正输入端，电阻r4的另一端连接双极晶体管pnp2的发射极，双极晶体管pnp2的基极与集电极互连并接地，误差放大器va2的输出端连接pmos管p10的栅极，电阻r5的另一端串联电阻r6后接地，双极晶体管pnp1的发射极作为电压vbe的输出端vt即芯片温度值tdie的输出端，电阻r5与电阻r6的连接端作为零温度系数的基准电压的输出端即温度参考基准值tref的输出端。pmos管p10采用增强型mos管。

所述误差放大器va2包括pmos管p11、pmos管p20、pmos管p30、pmos管p40、nmos管n10、nmos管n20、nmos管n30和电容cc；pmos管p30的源极与衬底互连并连接电源vcc，pmos管p30的栅极连接偏置电压bias，pmos管p30的漏极连接pmos管p11的源极和衬底以及pmos管p20的源极和衬底，pmos管p11的漏极连接nmos管n10的栅极和漏极以及nmos管n20的栅极，nmos管n10的源极与衬底互连并接地，pmos管p20的漏极连接nmos管n20的漏极、nmos管n30的栅极和电容cc的一端，nmos管n20的源极和衬底以及电容cc的另一端均接地，pmos管p40的源极与衬底互连并连接电源vcc，pmos管p40的栅极与漏极互连并连接nmos管n30的漏极并作为误差放大器va2的输出端，nmos管n30的源极与衬底互连并接地，pmos管p11的栅极为误差放大器va2的负输入端，pmos管p20的栅极为误差放大器va2的正输入端。所述pmos管p11、pmos管p20、pmos管p30、pmos管p40、nmos管n10、nmos管n20和nmos管n30均采用增强型mos管。

所述误差放大器ta包括pmos管p1、pmos管p2、pmos管p3、pmos管p4、nmos管n1、nmos管n2和nmos管n3；pmos管p3的源极与衬底互连并连接电源vcc，pmos管p3的栅极连接偏置电压bias和pmos管p4的栅极，pmos管p3的漏极连接pmos管p1的源极和衬底以及pmos管p2的源极和衬底，pmos管p1的漏极连接nmos管n1的栅极和的漏极以及nmos管n2的栅极，nmos管n1的源极与衬底互连并接地，pmos管p2的漏极连接nmos管n2的漏极和nmos管n3的栅极，nmos管n2的源极与衬底互连并接地，pmos管p4的源极与衬底互连并连接电源vcc，pmos管p4的漏极连接nmos管n3的漏极并作为误差放大器ta的输出端，nmos管n3的源极与衬底互连并接地，pmos管p1的栅极为误差放大器ta的负输入端，pmos管p2的栅极为误差放大器ta的正输入端。pmos管p1、pmos管p2、pmos管p3、pmos管p4、nmos管n1、nmos管n2和nmos管n3均采用增强型mos管。

本发明的优点及显著效果：本发明恒定功率线性稳压器，通过引入温度保护运放电路和二极管，可以控制芯片发热功率保持在额定功率，即实现恒定发热功率，从而控制芯片温度保持在安全范围内，并根据额定功率，控制输出电压稳定在一恒定电压值。

附图说明

图1为本发明的恒定功率线性稳压器ldo；

图2本发明的恒定功率线性稳压器ldo中tdie采用vbe实现电路；

图3为本发明误差放大器ta的一种实施电路；

图4为本发明产生温度参考基准值tref和芯片温度值tdie的一种实施电路；

图5为图4中误差放大器va2的一种实施电路。

具体实施方式

在图1中，101为传统的线性稳压器控制环路，102为本发明为实现恒定功率控制而引入的电路，101和102电路共同组成恒定功率线性稳压器。在101电路中，va为恒压控制误差放大器，vref为参考基准电位，ppower为功率传输管，r1和r2为反馈电阻，out为输出电压，fb为反馈电压。误差放大器va的负端接基准电压vref，正端接反馈电压fb端，va的输出端接功率传输管ppower的栅极。传输管ppower的源极和衬底电位相接，连接至电源vcc。传输管ppower的漏端接反馈电阻r1的一端，并接输出端out。反馈电阻r1的另一端和电阻r2相连并输出反馈电压fb。反馈电阻r2的另一端接至地电位。在102电路中，ta为温度误差放大器，tref为温度参考基准值，tdie是线性稳压器芯片的温度，d1为二极管。温度误差放大器ta的正端检测线性稳压的温度tdie，负端接温度参考基准值tref，温度误差放大器ta的输出端接二极管d1的正端。二极管d1的负端接至fb电位。

当芯片温度未达到温度参考基准值时，即tdie<tref,温度误差放大器ta的输出电压为低电位，此时二极管d1不导通，阻断温度误差放大器ta的输出对反馈电压fb的影响。此时，线性稳压器电路环路是由误差放大va控制。当out输出电流增加，输出电压out下降时，fb电压下降到低于基准电压vref，fb<vref,va输出电压即ppower栅极电位降低。众所周知，当pmos管源极电压固定时，减小栅极电压，会增加漏源电流，从而保持输出电压out稳定，因此ppower的输出电流会由于栅极电位下降儿上升，从而保持out稳定；当out输出电流减小，输出电压out上升时，fb电压上升到高于基准电压vref，fb>vref,va输出电压升高，ppower管减小漏源电流，从而实现稳定out电压。

当芯片温度超过温度参考基准值时，即tdie>tref，温度误差放大器ta输出高电位，二极管d1导通，从而实现ta输出对fb电压的影响。随着芯片温度tdie越高，ta输出电压越高，相应的fb电压上升，fb>vref,误差放大器va输出电压上升，ppower的输出电流减小，out电压下降，从而导致输出负载减小，降低芯片发热功率。由于此时是温度误差放大器ta和误差放大器va同时工作，形成温度负反馈环路，从而最终芯片维持在恒定的温度tref附近，即实现恒定的发热功率，并且保持输出电压稳定在和tref直接相关的恒定值，从而实现输出电压不震荡波动。

如图2，现实电路中，tdie温度是通过检测和芯片温度相关的电压来实现，可以使用双极晶体管的基级和发射极vbe电压，因为该电压呈现负温度系数，即随着温度升高而减小。而tref是采用零温度系数的基准电压vt，即基准电压不随温度变化。本发明的恒定功率线性稳压器ldo中tdie采用vbe实现电路。由于vbe呈现负温度系数，即随着温度升高而减小，当芯片温度超过温度参考基准值时，vbe会下降很多，因此需要将vbe电压接至ta的负端输入，才能保证此时输出电压为高，保证二极管d1导通，进而影响fb电压。

图3为本发明温度误差放大器ta电路的一种实施例。p1、p2、p3、p4都是增强型pmos管，n1、n2、n3、d1都是增强型nmos管。d1(即图1、2中的d1)可利用nmos的漏极和栅极相接，形成二极管连接、具有二极管的单向导通特性，即nmos管的源极相当于二极管d1负极，栅漏相接相当于二极管d1正极。bias为偏置电源，提供偏置电流偏置；in+和in-分别为ta输入的正端和负端，ta_out为二极管d1的输出端。p3和p4的栅极相连，连接至bias电压，p3的源衬相接，连接至输入电压vcc，p3的漏极连接至p1的源衬以及p2的源衬。p1的栅极接in-，漏极接n1的栅极和漏极，并连接n2的栅极。n1的源衬相接，连接至地电位。n2的源衬相接，连接至低电位，n2的漏极接p2的漏极，并连接至n3的栅极。p2的栅极接in-。n3的源衬相接，连接至地电位,n3的漏极接p4的漏极，并连接nmos管的漏极和栅极。p4的源衬相接，连接至vcc。nmos管的衬底接地电位，nmos管的源极为ta_out。

根据二极管的单向导通特性，只有当ta_out比dout大于一个nmos管阈值vthn时，才能导通，即会有电流从ta_out流向dout；否则呈现关断状态，不会有电流从ta_out流向dout端，同时不会有电流从dout端流向ta_out端。当in+>in-电压时，ta_out输出高电位，会开启d1,即会有电流从ta_out流向dout端。当in+<in-电压时，ta_out输出低电位，d1关闭，不会有电流从ta_out流向dout端，同时，即使dout电压高于ta_out一个nmos管阈值vthn，也不会有电流从dout流向ta_out。

图4为本发明的产生tref和tdie实施电路之一。其中va2为误差放大器，p10为增强型pmos管，pnp1和pnp2为双极型pnp三极管，r10、r20、r3、r4、r5和r6都为电阻。vref为零温度系数的带隙基准电压。vt为基准电压vref的分压，同样呈现零温度系数。vbe为pnp1的发射极和基级电压差，呈现负温度系数。p1的源衬相接连接至vcc，p1的栅极接至误差放大器va2的输出极，p1的漏极即vref电压，同时连接电阻r1的一端和电阻r5的一端。电阻r1的另一端连接至r2和r3的交点。电阻r5的另一端连接至vt电压，同时连接至r6的一端。r6的另一端连接至地电位。电阻r3的另一端接至r4,并连接至误差放大器va2的正端。r4的另一端接至pnp2的发射极。pnp2的基级和集电极相接，一起连接至地电位。电阻r2的另一端接至vbe电位，并连接至误差放大器va2的负端，同时连接至pnp1的发射极。pnp1的基级和集电极相接，一起连接至地电位。

图5为本发明的误差放大器va2电路之一。其中p11、p20、p30、p40为增强型pmos管，n10、n20、n30为增强型nmos管，cc为补偿电容，in+和in-分别为va2的输入正极和输入负极。out为va2输出端。bias为偏置电压。p3的源衬相接，连接至电源vcc，栅极接bias电位，漏极接p1的源衬和p2的源衬。p1的栅极接in-，漏端接n1的栅极和漏极，以及n2的栅极。n1的源衬相接，连接至地电位。n2的源衬相接，连接至地电位,漏极接至p2的漏极，同时接至n3的栅极，以及补偿电电容cc的上极板。cc的下极板接至地电位。n3的源衬相接，连接至地电位，漏极接out输出，同时接p4的漏极和栅极。p4的源衬相接，连接至电源vcc。