一种稳压器电路及电子设备的制作方法

1.本发明涉及稳压技术领域，尤其涉及一种稳压器电路及电子设备。


背景技术：

2.随着万物互联的iot应用爆发，小体积、高效率、低功耗是未来应用趋势，电源芯片设计也一直在往低功耗、高效率、少外围器件方向发展。这不仅关乎竞争力，对于节约能源、降低锂电池用量及污染也有一定帮助。低功耗应用区别于传统应用，最大的特点为在给如mcu、wifi、dsp或者sensor供电时，通常考虑的是常待机下功耗指标，而非关机时的功耗指标。而供电系统自身功耗偏高，又一直是限制该指标的技术难点，甚至和系统快速响应处于对立面。现有技术方案通常是将ldo组成部分中参考电压bg或基准电压与误差放大器ea、buffer、功率管等部分分开考虑，各自采取改进手段，来降低整体功耗，如将bg换成低精度vrpn，ea或者buffer部分增加负载检测和可变偏置等。但现有方案的功耗仍然偏高，一般在10ua以上，且部分设计外置1uf以上基准电压滤噪电容，不仅增加bom成本，还会影响上电速度，甚至增加功耗。因此，有必要提出一种稳压器电路以在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种稳压器电路，以在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
4.为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种稳压器电路，所述稳压器电路包括电源电路、参考电压电路、功率管驱动电路、输出功率级电路及负载反馈电路，其中：
5.所述电源电路的第一端分别电连接所述参考电压电路的第一端、所述功率管驱动电路的第一端电连接及所述输出功率级电路的第一端；所述参考电压电路的第二端与所述功率管驱动电路的第二端电连接；所述参考电压电路的第三端与所述负载反馈电路的第一端电连接；所述负载反馈电路的第二端与所述输出功率级电路的第二端电连接；所述输出功率级电路的第三端与所述功率管驱动电路的第三端电连接；所述负载反馈电路的第三端用于接地；所述功率管驱动电路的第四端用于接地；所述参考电压电路的第四端用于接地；
6.所述稳压器电路用于根据温度变化情况和负载变化情况，保持输出电压稳定。
7.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述稳压器电路还包括重载检测电路；
8.所述重载检测电路的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述重载检测电路的第二端与所述参考电压电路的第二端电连接；所述重载检测电路的第三端与所述功率管驱动电路的第五端电连接；所述重载检测电路的第四端用于接地；
9.所述重载检测电路用于将输出负载电流对应的检测电压与预设的阈值电压进行比较，以使反相器翻转，翻转后信号使能重载下部分高功耗电路。
10.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述参考电压电路包括第一运
放电路和第一弱正温系数电流源；
11.其中，所述第一弱正温系数电流源的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述第一弱正温系数电流源的第二端与所述第一运放电路的第一端电连接；所述第一运放电路的第二端与所述功率管驱动电路的第二端电连接；所述第一运放电路的第三端与所述负载反馈电路的第一端电连接；所述第一运放电路的第四端用于接基准电压；所述第一运放电路的第五端用于接地。
12.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述参考电压电路包括2t温度互补结构电路和误差放大电路；
13.其中，所述2t温度互补结构电路包括第一n型管nmos1和第二n型管nnt2；所述误差放大电路包括所述第一n型管nmos1、第一电阻r1及第一电容c1；
14.所述第二n型管nnt2的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述第一n型管nmos1的第一端分别电连接所述第二n型管nnt2的第二端、所述第二n型管nnt2的第三端、所述第一电阻r1的第一端及所述功率管驱动电路的第二端；所述第一n型管nmos1的第二端与所述负载反馈电路的第一端电连接；所述第一电阻r1的第二端与所述第一电容c1的第一端电连接；所述第一n型管nmos1的第三端用于接地；所述第一电容c1的第二端用于接地。
15.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述功率管驱动电路包括第二运放电路和压控可变电流源；
16.其中，所述压控可变电流源的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述压控可变电流源的第二端与所述第二运放电路的第一端电连接；所述第二运放电路的第二端与所述参考电压电路的第二端电连接；所述第二运放电路的第三端与所述输出功率级电路的第三端电连接；所述第二运放电路的第四端用于接地。
17.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述功率管驱动电路包括第二电阻r2、第一p型管pmos1、第三n型管nmos2；
18.其中：所述第二电阻r2的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述第二电阻r2的与所述第一p型管pmos1的第一端电连接；所述第一p型管pmos1的第二端分别电连接所述第一p型管pmos1的第三端、所述第三n型管nmos2的第一端及所述输出功率级电路的第三端；所述第三n型管nmos2的第二端与所述参考电压电路的第二端电连接；所述第三n型管nmos2的第三端用于接地。
19.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述负载反馈电路包括第三电阻r3、第四电阻r4和第二电容cl；
20.其中：所述第三电阻r3的第一端分别电连接所述输出功率级电路的第二端和所述第二电容cl的第一端；所述第三电阻r3的第二端分别电连接所述第四电阻r4的第一端和所述参考电压电路的第三端；所述第二电容cl的第二端用于接地；所述第四电阻r4的第二端用于接地。
21.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述输出功率级电路包括第二p型管pmos2；
22.所述第二p型管pmos2的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述第二p型管pmos2的第二端与所述功率管驱动电路的第三端电连接；所述第二p型管pmos2的第三端分别电连接所述第三电阻r3的第一端和所述第二电容cl的第一端。
23.作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述重载检测电路包括第四n型管nnt1、第五n型管nmos3和反相器inv；
24.其中：所述第四n型管nnt1的第一端与所述电源电路的第一端电连接；所述第四n型管nnt1的第二端分别电连接所述第四n型管nnt1的第三端、所述第五n型管nmos3的第一端及所述反相器inv的第一端；所述第五n型管nmos3的第二端与所述参考电压电路的第二端电连接；所述反相器inv的第二端与所述功率管驱动电路的第五端电连接；所述第五n型管nmos3的第三端用于接地。
25.本发明第二方面公开了一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括第一方面中任一种所述的稳压器电路。
26.实施本发明，具有如下有益效果：
27.本发明中，稳压器电路包括电源电路、参考电压电路、功率管驱动电路、输出功率级电路及负载反馈电路，其中：电源电路的第一端分别电连接参考电压电路的第一端、功率管驱动电路的第一端电连接及输出功率级电路的第一端；参考电压电路的第二端与功率管驱动电路的第二端电连接；参考电压电路的第三端与负载反馈电路的第一端电连接；负载反馈电路的第二端与输出功率级电路的第二端电连接；输出功率级电路的第三端与功率管驱动电路的第三端电连接；负载反馈电路的第三端用于接地；功率管驱动电路的第四端用于接地；参考电压电路的第四端用于接地；稳压器电路用于根据温度变化情况和负载变化情况，保持输出电压恒定。可见，本发明可在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明实施例公开的一种稳压器电路的结构示意图；
30.图2是本发明实施例公开的另一种稳压器电路的结构示意图；
31.图3是本发明实施例公开的又一种稳压器电路的结构示意图；
32.图4是本发明实施例公开的又一种稳压器电路的结构示意图；
33.图5是本发明实施例公开的一种2t温度互补结构电路的结构示意图。
具体实施方式
34.为了更好地理解和实施，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，本领域普通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。
35.需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“电连接”应做广义理解，例如，可以是固定电连接，也可以是可拆卸电连接，或一体地电连接；可以是机械电连接，也可以是电电连接或可以相互通讯；可以是直接
相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例一
37.请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种稳压器电路的结构示意图，该电路可以应用于任何需要进行稳压的负载中，本发明实施例不做限定。如图1所示，该稳压器电路包括电源电路、参考电压电路、功率管驱动电路、输出功率级电路及负载反馈电路，其中：
38.电源电路的第一端分别电连接参考电压电路的第一端、功率管驱动电路的第一端电连接及输出功率级电路的第一端；参考电压电路的第二端与功率管驱动电路的第二端电连接；参考电压电路的第三端与负载反馈电路的第一端电连接；负载反馈电路的第二端与输出功率级电路的第二端电连接；输出功率级电路的第三端与功率管驱动电路的第三端电连接；负载反馈电路的第三端用于接地；功率管驱动电路的第四端用于接地；参考电压电路的第四端用于接地；
39.稳压器电路用于根据温度变化情况和负载变化情况，保持输出电压稳定，具有极低功耗、低噪声线性的特性。
40.可选的，上述稳压器电路将参考电压和输出反馈电压整合为一个基准电压，取代传统bg和多级复杂运放独立机构，以节省功耗、降低噪声和减少片外滤噪电容。
41.可选的，上述基准电压是随负载变化的，不是恒定的。
42.可选的，上述稳压器电路是低噪声且线性的。
43.可选的，相对于业界现有水平10ua以上的整体ldo系统待机功耗，上述稳压器电路的功耗可达2ua以内，其可用于低功耗、iot类常待机、rtc、sensor等多种场景供电，可降低一个数量级的待机功耗，极大延长待机时长。
44.可选的，上述稳压器电路在面积、瞬态、psrr、负载调整率等方面的性能不劣于传统ldo架构。
45.可选的，上述稳压器电路包括2t温度互补结构电路和单管反馈放大结构。
46.本发明实施例中稳压器电路的工作原理如下：
47.当负载不变，温度变化时，参考电压电路的电流发生变化，其变化通过合适的管子取值，结合环路作用可与阈值电压变化抵消。通过负载反馈电路的反馈电压，首先经参考电压电路的调节，同时被共源放大后驱动功率管驱动电路中的栅级，后经输出功率级电路稳定输出电压；当温度不变，负载变化时，经由负载反馈电路的负反馈作用以及环路增益作用使线性稳压器电路的输出电压稳定输出。
48.可见，实施例一所描述的稳压器电路能够在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
49.实施例二
50.请参阅图2所示，如图2所示，图2是本发明实施例公开的又一种稳压器电路的结构示意图，如图2所示，该稳压器电路包括电源电路、参考电压电路、功率管驱动电路、输出功率级电路及负载反馈电路，其中，上述稳压器电路还包括重载检测电路；
51.重载检测电路的第一端与电源电路的第一端电连接；重载检测电路的第二端与参考电压电路的第二端电连接；重载检测电路的第三端与功率管驱动电路的第五端电连接；重载检测电路的第四端用于接地；
52.重载检测电路用于将输出负载电流对应的检测电压与预设的阈值电压进行比较，以使反相器翻转，翻转后信号使能重载下部分高功耗电路。
53.可选的，上述重载检测电路可实现轻载时省电、重载时高性能效果。
54.在一个可选的实施例中，上述重载检测电路包括第四n型管nnt1、第五n型管nmos3和反相器inv；
55.其中：第四n型管nnt1的第一端与电源电路的第一端电连接；第四n型管nnt1的第二端分别电连接第四n型管nnt1的第三端、第五n型管nmos3的第一端及反相器inv的第一端；第五n型管nmos3的第二端与参考电压电路的第二端电连接；反相器inv的第二端与功率管驱动电路的第五端电连接；第五n型管nmos3的第三端用于接地。
56.可选的，上述反相器inv的第一端连接第五n型管nmos3的第一端，整形阈值电压比较器后的结果，作为负载是否进入重载区间的标志信号。
57.可选的，上述第四n型管为nnt本征n型管。
58.可选的，上述第五n型管为nmos管。
59.可选的，上述反相器inv的第二端与第二电阻r2的第三端电连接。
60.可选的，上述反相器inv的翻转点对应的负载电流区间为10ma～50ma。
61.本发明实施例中稳压器电路的工作原理如下：
62.重载时负载电流影响负载反馈电路输出电压，该电压经nmos1放大后作为对应的重载检测电压，与阈值电压比较，使反相器翻转。翻转后信号，调节重载下部分高功耗电路如第二电阻r2，以达到轻载省电、重载高性能目的。
63.需要说明的是，针对该稳压器电路的其他描述，请参阅上述实施例一中的相关描述，在此不在赘述。
64.可见，实施例二所描述的稳压器电路能够在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
65.实施例三
66.请参阅图3所示，图3是本发明实施例公开的又一种稳压器电路的结构示意图，如图3所示，该稳压器电路包括电源电路、参考电压电路、功率管驱动电路、输出功率级电路及负载反馈电路，其中，上述参考电压电路包括第一运放电路和第一弱正温系数电流源；
67.其中，第一弱正温系数电流源的第一端与电源电路的第一端电连接；第一弱正温系数电流源的第二端与第一运放电路的第一端电连接；第一运放电路的第二端与功率管驱动电路的第二端电连接；第一运放电路的第三端与负载反馈电路的第一端电连接；第一运放电路的第四端用于接基准电压；第一运放电路的第五端用于接地。
68.可选的，上述第一弱正温系数电流源为第二n型管nnt2。
69.可选的，上述第二n型管为nnt本征n型管。
70.可选的，上述第二n型管nnt2的第一端与电源电路的第一端电连接。
71.可选的，上述第二n型管nnt2的第二端分别电连接第二n型管nnt2的第三端和第一运放电路的第一端。
72.可选的，上述参考电压电路将基准电压、第一弱正温系数电流源等器件与温度产生联立关系，相互抵消，最终产生与温度无关的线性稳压器的稳定输出电压。
73.针对该稳压器电路的其他描述，请参阅上述实施例一和实施例二中的相关描述，在此不在赘述。
74.可见，实施例三所描述的稳压器电路能够在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
75.实施例四
76.请参阅图4所示，图4是本发明实施例公开的又一种稳压器电路的结构示意图，如图4所示，该稳压器电路包括电源电路、参考电压电路、功率管驱动电路、输出功率级电路及负载反馈电路，其中，上述参考电压电路包括2t温度互补结构电路和误差放大电路；
77.其中，2t温度互补结构电路包括第一n型管nmos1和第二n型管nnt2；误差放大电路包括第一n型管nmos1、第一电阻r1及第一电容c1；
78.第二n型管nnt2的第一端与电源电路的第一端电连接；第一n型管nmos1的第一端分别电连接第二n型管nnt2的第二端、第二n型管nnt2的第三端、第一电阻r1的第一端及功率管驱动电路的第二端；第一n型管nmos1的第二端与负载反馈电路的第一端电连接；第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第一端电连接；第一n型管nmos1的第三端用于接地；第一电容c1的第二端用于接地。
79.可选的，上述第一n型管为nmos管。
80.可选的，上述第一n型管nmos1的第二端处的电压既是负载反馈电路的负反馈电压，又是参考电压电路的输入参考电压。
81.可选的，上述2t温度互补结构电路中通过合理选取第一n型管的取值，可得到与温度无关的参考电压vref。
82.如图5所示，上述2t温度互补结构电路中的第二n型管nnt2的第一端与电源电路的第一端电连接；第二n型管nnt2的第二端与其他电路电连接；第二n型管nnt2的第三端分别电连接第一n型管nmos1的第一端和第一n型管nmos1的第二端；第一n型管nmos1的第三端用于接地。
83.可选的，上述2t温度互补结构电路可以独立使用做低功耗参考电压，也可结合其他电路使用。
84.在又一个可选的实施例中，上述功率管驱动电路包括第二运放电路和压控可变电流源；
85.其中，压控可变电流源的第一端与电源电路的第一端电连接；压控可变电流源的第二端与第二运放电路的第一端电连接；第二运放电路的第二端与参考电压电路的第二端电连接；第二运放电路的第三端与输出功率级电路的第三端电连接；第二运放电路的第四端用于接地。
86.在又一个可选的实施例中，上述功率管驱动电路包括第二电阻r2、第一p型管pmos1、第三n型管nmos2；
87.其中：第二电阻r2的第一端与电源电路的第一端电连接；第二电阻r2的与第一p型管pmos1的第一端电连接；第一p型管pmos1的第二端分别电连接第一p型管pmos1的第三端、第三n型管nmos2的第一端及输出功率级电路的第三端；第三n型管nmos2的第二端与参考电
压电路的第二端电连接；第三n型管nmos2的第三端用于接地。
88.可选的，上述第三n型管为nmos管。
89.可选的，上述第一p型管为pmos管。
90.可选的，上述第二电阻r2是可变电阻。
91.可选的，上述第二电阻r2的第三端为可变电阻的电阻调节端。
92.在又一个可选的实施例中，负载反馈电路包括第三电阻r3、第四电阻r4和第二电容cl；
93.其中：第三电阻r3的第一端分别电连接输出功率级电路的第二端和第二电容cl的第一端；第三电阻r3的第二端分别电连接第四电阻r4的第一端和参考电压电路的第三端；第二电容cl的第二端用于接地；第四电阻r4的第二端用于接地。
94.在又一个可选的实施例中，上述输出功率级电路包括第二p型管pmos2；
95.第二p型管pmos2的第一端与电源电路的第一端电连接；第二p型管pmos2的第二端与功率管驱动电路的第三端电连接；第二p型管pmos2的第三端分别电连接第三电阻r3的第一端和第二电容cl的第一端。
96.可选的，上述第二p型管为pmos管。
97.针对该稳压器电路的其他描述，请参阅上述实施例一、实施例二和实施例三中的相关描述，在此不在赘述。
98.可见，实施例四所描述的稳压器电路能够在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
99.实施例五
100.本发明实施例公开的一种电子设备，该电子设备为需要进行稳压的设备且该电子设备包括如实施例一～实施例四中任意一个实施例或者两个实施例或者三个实施例的稳压器电路。需要说明的是，针对稳压器电路的详细描述，请参阅实施例一～实施例四中相关内容的具体描述，本实施例不再赘述。
101.可见，实施例五所描述的电子设备能够在保证较小面积和噪声前提下，显著降低ldo系统待机功耗和成本。
102.以上对本发明实施例公开的一种稳压器电路以及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，但上述优选实施例并非用以限制本发明，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在不脱离本发明的精神和范围内，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。