一种有效提高瞬态响应速度的方法与流程

本发明涉及电源管理技术领域的低压差线性稳压器的应用，尤其是涉及一种有效提高瞬态响应速度的方法。

背景技术：

随着便携式电子产品的快速发展，在笔记本电脑、数码相机、手机等便携式电子产品系统应用中，对产品的功耗、噪声、环路稳定应、瞬态响应速度和成本的要求变得越来越高。本发明着重从瞬态响应、功耗、成本三发面展开说明。当输出负载从轻载突变为重载时，输出电压就会出现下冲的情况，当下冲电压过小时，就会出现欠压的风险；当输出负载从重载突变为轻载时，输出电压就会出现上冲的情况，当上冲电压过大时，就会有芯片失效的风险。本发明通过采样输出电流的方式，有效改善了瞬态响应速度而不增加静态功耗，优化上冲和下冲电压的大小，由于电路结构简单，大大节省了成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种有效提高瞬态响应速度的方法。

本发明的再一目的在于：提供一种针对上述方法的电路。

本发明目的通过下述方案实现：一种有效提高瞬态响应速度的方法，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，控制第二级放大管的栅，提高瞬态响应速度和芯片输出的稳定性。

本发明提供了一种针对上述有效提高瞬态响应速度方法的电路，包括nmos管、pmos管和电阻组成运算放大器和输出分压电路，通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，再控制第二级放大管的栅，提高瞬态响应速度，包括第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4、第五pmos管mp5、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4，所述的第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4和第五pmos管mp5的源极连接电源电压vdd，第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5接地端gnd，第三电阻r3、第四电阻r4提供反馈电压vfb输入到第一nmos管mn1的栅极，第三nmos管mn3接基准电压vbias，第五pmos管mp5漏极和第第二电阻r2之间为电压输出端vout，其中，至少包括：

由一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三nmos管mn3、第一pmos管mp1、第二pmos管mp2构成第一部分，为运算放大器电路；以及，

由第五pmos管mp5、第三电阻r3、第四电阻r4构成第三部分，构成第二级放大和输出电压分压电路。

在上述方案基础上，电路第一部part1中，由第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三nmos管mn3构成运算放大器，作为低压差线性稳压器环路的第一级放大器，vbg和vbias为标准电压源，通过该放大器使得反馈电压vfb和vbg相等，通过第三部分part3中第三电阻r3和第四电阻r4分压得到误差很小的输出电压。

一般情况下，对静态功耗要求不高的情况下，第一部分part1和第三部分part3再加上一些补偿足够可以输出一个稳定的输出电压，但是，对静态电流要求比较高的时候，第一级放大器尾电流比较小时，增益较小，输出到功率管第五pmos管mp5的栅上，如果输出没有大电容时，就会出现输出电压跳变较大的情况，仿真结果如图2所示。

在上述方案基础上，由第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4、第一电阻r1、第二电阻r2构成第二部分，作为输出负载电流采样电路，其中，第三pmos管mp3为采样管，第一电阻r1和第四pmos管mp4起到辅助采样的作用，第二电阻r2起到保护第四pmos管mp4栅，防止其因接pad而被击穿的作用，第四nmos管mn4和第五nmos管mn5为电流镜，负责将采样电流反馈给运算放大器，当输出轻载/重载突变时，采样管第三pmos管mp3采样输出电流，通过电流镜第四nmos管mn4和第五nmos管mn5反馈到第一级放大器。

针对传统低压差线性稳压器输出轻载、重载快速切换时输出不稳定，上冲和下冲跳变严重的缺点，提出了一种提高瞬态响应速度的方法，电路中通过采样输出负载电流反馈到第一级放大器的尾电流，控制第二级放大管第五pmos管mp5的栅，提高瞬态响应速度，有效提高了芯片输出的稳定性。

本发明的有益效果为：本发明优化了输出负载轻载、重载突变时环路的响应速度，提高了瞬态响应速度以及减小了输出上冲和下冲的电压，提高了输出电压的稳定性和电路性能。

附图说明

图1为实施例的具体电路结构示意图；

图2为本发明中改善前轻载/重载突变的仿真结果图；

图3为本发明中改善后轻载/重载突变的仿真结果图。

具体实施方式

在如图1所示电路，vdd为电源电压、gnd为接地、vbg和vbias为外接标准电压、vout为输出电压，各元器件间的连接关系为：

第一pmos管mp1的源极连接电源电压vdd、第一pmos管mp1栅极连接第一pmos管mp1漏极、第二pmos管mp2栅极和第一nmos管mn1漏极、第一pmos管mp1衬底连接电源电压vdd；

第二pmos管mp2源极连接电源电压vdd，第二pmos管漏极连接第二nmos管mn2漏极、第三pmos管mp3栅极和第五pmos管mp5栅极、第二pmos管衬底连接电源电压vdd；

第三pmos管mp3的源极连接第三pmos管mp3的衬底和第一电阻r1正极，第三pmos管mp3漏极连接第四pmos管mp4的源极和第四pmos管的衬底；

第四pmos管mp4栅极连接第二电阻r2正极、第四pmos管的漏极连接第五nmos管mn5的漏极、第五nmos管的栅极和第四nmos管mn4的栅极；

第五pmos管mp5的源极和第五pmos管mp5衬底连接电源电压vdd，第五pmos管mp5的漏极连接第二电阻r2的负极、第三电阻r3的正极和输出电压vout；

第一nmos管mn1的栅极连接第三电阻r3的负极和第四电阻r4的正极，第一nmos管mn1的源极和衬底连接第三nmos管mn3的漏极、第二nmos管mn2的源极和衬底、第四nmos管mn4的漏极；

第二nmos管mn2的栅极连接外部标准电压vbg；

第三nmos管mn3的栅极连接外部标准电压vbias、第三nmos管的源极和衬底连接gnd；

第四nmos管mn4的源极和衬底连接gnd；

第五nmos管mn5的源极和衬底连接gnd；

第一电阻r1的负极连接电源电压vdd；

第四电阻r4的负极连接gnd。

第一部分中part1中，第一、二mos管mp1、mp2，第一、二、三nmos管mn1、mn2、mn3构成的运算放大器作为低压差线性稳压器环路的第一级放大器，vbg和vbias为标准电压源，通过该放大器使得反馈电压vfb和标准电压vbg相等；

由第五pmos管mp5、第三电阻r3、第四电阻r4构成第三部分part3，构成第二级放大和输出电压分压电路，通过part3中第三电阻r3和第四电阻r4分压得到客户需求的误差很小的输出电压。

本发明增加了第二部分电路part2电路，由第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4、第一电阻r1、第二电阻r2构成第二部分，作为输出负载电流采样电路。该part2电路中，第三pmos管mp3为采样管，第一电阻r1和第四pmos管mp4起到辅助采样的作用，第二电阻r2起到保护第四pmos管mp4栅，防止其因接pad而被击穿的作用，第四nmos管mn4和第五nmos管mn5为电流镜，负责将采样电流反馈给运算放大器，当输出轻载/重载突变时，采样管第三pmos管mp3采样输出电流，通过电流镜第四nmos管mn4和第五nmos管mn5反馈到第一级放大器。增大放大器的尾电流，进而提高增益，控制功率管的栅，有效的提高了环路的瞬态响应速度，减小突变电压，本实施例仿真结果如图3所示。本发明提供了一种结构简单的电路，不会增加产品的静态功耗，而且很大程度的提高了瞬态响应速度。

本发明的内容和特点已揭示如上，前面叙述的电路结构仅仅是本领域的一种示例，可应用于任何电源管理类芯片瞬态响应相关的电路中。