一种适用于高压环境的线性稳压器和线性稳压方法与流程

本发明涉及一种适用于高压环境的线性稳压器和线性稳压方法。

背景技术：

在flash中，需要利用线性稳压器从电荷泵输出的高压生成一个高于外部电源电压的中间电压，比如从16v生成4v。传统的低压差线性稳压器由运放，pmos功率管和反馈电阻构成，如图1所示。但是，在flash工艺中，高压pmos管的可靠性较差，其漏源击穿电压小于8v(bvds<8v)，且高压电源域的运放很难实现。因此，传统的低压差线性稳压器并不适合高压环境下的应用。

技术实现要素：

为了解决传统的低压差线性稳压器不适用于高压环境的技术问题，本发明提供了一种适用于高压环境的线性稳压器和线性稳压方法。

本发明的技术解决方案是：

一种适用于高压环境的线性稳压器，其特殊之处在于：包括低压域运放、高压域共源放大器和功率级；

功率级包括功率管和第一负载；所述功率管采用高压nmos管mn4；所述第一负载采用反馈电阻；所述反馈电阻用于对所述高压nmos管mn4的输出电压vout进行采样，将得到的反馈电压vfb送入所述低压域运放的正输入端；

所述低压域运放用于将所述反馈电压vfb与参考电压vref进行比较，产生输出电压vout1，并送入所述高压域共源放大器；

所述高压域共源放大器根据所述vout1产生输出电压vout2；所述输出电压vout2用于控制所述高压nmos管mn4的栅极，产生所述输出电压vout。

进一步地，所述高压域共源放大器包括放大管和第二负载；所述放大管采用高压nmos管；第二负载采用多级堆迭的高压pmos电流镜。

进一步地，所述高压域共源放大器包括放大管、第三负载和高压负阈值nmos管mn6；所述放大管mn3采用低压nmos管；第三负载采用多级堆迭的高压pmos电流镜；高压负阈值管mn6设置在低压nmos管mn3与高压pmos电流镜之间。

进一步地，还包括低压偏置电路，低压偏置电路用于为线性稳压器提供偏置电流。

进一步地，所述高压pmos电流镜包括第一级电流镜、第二级电流镜和第三级电流镜；第一级电流镜由pmos管mp1、mp2构成，第二级电流镜由pmos管mp3、mp4构成，第三级电流镜由pmos管mp7、mp8构成；mp1的栅端接其自身的漏端并和mp2的栅端以及mp3的源端相接，mp1和mp2的源端均接高压电源vh，mp2的漏端接mp4的源端，mp3的栅端接其自身的漏端并和mp4的栅端以及mp7的源端相接，mp4的漏端接mp8的源端，mp7的栅端接其自身的漏端并和mp8的栅端以及低压偏置电路104中高压负阈值管mn5的漏端相接，mp8的漏端与mn6的漏端和mn4的栅端相接。

本发明还提供了一种基于上述适用于高压环境的线性稳压器的线性稳压方法，其特殊之处在于，包括步骤：

1)利用反馈电阻对高压nmos管mn4的输出电压vout采样，得到反馈电压vfb；

2)利用低压域运放将反馈电压vfb与参考电压vref进行比较，若反馈电压vfb大于参考电压vref，则低压域运放的输出电压vout1升高，从而高压域共源放大器的输出电压vout2降低；若反馈电压vfb小于参考电压vref，则低压域运放的输出电压vout1降低，从而高压域共源放大器的输出电压vout2升高；

3)利用输出电压vout2控制高压nmos管mn4的栅端，调节所述输出电压vout。

本发明的有益效果：

1、针对高压域运放实现困难的问题，本发明采用三级结构，其中第一、二级，即第一级低压域运放，第二级高压域共源放大器，就可将传统结构中的高压域运放完全替代，而且实现起来容易很多。

2、针对高压pmos管漏源击穿电压低而不适合作功率管的问题，本发明采用高压nmos作为功率管，从而提高了该线性稳压器的高压应用范围。传统采用高压pmos管作功率管的线性稳压器的应用范围最大为10v左右，而本发明的线性稳压器的应用范围可扩大至30v。

附图说明

图1为传统的低压差线性稳压器原理示意图。

图2为本发明线性稳压器的原理框图。

图3为本发明线性稳压器实施例的结构示意图，图中，101-低压域运放，102-高压域共源放大器，103-功率级，104-低压偏置电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，本发明所提供的线性稳压器，采用三级结构：

第一级采用低压域运放。

第二级采用高压域共源放大器：

共源放大器的放大管可以是高压nmos管，也可以是低压nmos管，其负载是高压pmos电流镜。放大管采用高压nmos管的好处是电路简单，缺点是其跨导较小，增益小；采用低压nmos管的好处是其跨导较大，增益大，但缺点是需要高压隔离。高压pmos电流镜采用堆迭的方式以解决高压pmos漏源可能被击穿的问题，堆迭的层数可根据高压电源的不同而改变。

第三级是功率级，采用高压nmos管作功率管，反馈电阻作负载。高压nmos的漏源电压可达30v以上，不存在可靠性的问题。

实施例：

如图3所示，本实施例的线性稳压器包括低压域运放101、高压域共源放大器102、功率级103和用于为线性稳压器提供偏置电流的低压偏置电路104。

高压域共源放大器102包括放大管、高压负阈值nmos管mn6和高压pmos电流镜；放大管mn3采用低压nmos管；mn3的栅端接低压域运放101的输出端，mn3的漏端接高压负阈值nmos管mn6的源端，mn3的源端接地；高压负阈值nmos管mn6的漏端接高压pmos电流镜的输出端，高压负阈值nmos管mn6的栅端接vext；高压负阈值nmos管mn6的作用是隔离高压，以免低压nmos管mn3产生可靠性问题；高压电源为16v，高压pmos电流镜采用三级堆迭，以解决高压pmos漏源可能被击穿的问题；三级堆迭的高压pmos电流镜包括第一级电流镜、第二级电流镜和第三级电流镜；第一级电流镜由pmos管mp1、mp2构成，第二级电流镜由pmos管mp3、mp4构成，第三级电流镜由pmos管mp7、mp8构成；mp1的栅端接其自身的漏端并和mp2的栅端以及mp3的源端相接，mp1和mp2的源端均接高压电源vh，mp2的漏端接mp4的源端，mp3的栅端接其自身的漏端并和mp4的栅端以及mp7的源端相接，mp4的漏端接mp8的源端，mp7的栅端接其自身的漏端并和mp8的栅端以及低压偏置电路104中高压负阈值管mn5的漏端相接，mp8的漏端与mn6的漏端和mn4的栅端相接。

高压域共源放大器102还包括补偿电阻rc和补偿电容cc；补偿电容cc的一端接mn6的漏端，补偿电容cc的另一端接补偿电阻rc的一端，补偿电阻rc的另一端接mn3的栅端。补偿电阻rc和补偿电容cc用于补偿交流特性以使相位裕度足够，从而使瞬态工作时稳定，不发生振铃现象。

低压偏置电路104包括低压nmos电流镜和高压负阈值管mn5，这样参考电流iref可以直接从低压基准电路获得，同时采用高压负阈值管mn5以隔离高压，以免低压偏置电路产生可靠性问题。低压nmos电流镜由nmos管mn1、mn2构成，mn1的栅端与其自身的漏端和mn2的栅端以及参考电流iref相连，mn1和mn2的源端均接地，mn2的漏端与高压负阈值管mn5的源端相接，mn5的栅端接vext。

功率级103包括反馈电阻r1、r2和高压nmos功率管mn4；反馈电阻r2的一端接地，反馈电阻r2的另一端接反馈电阻r1的一端以及低压域运放101的正输入端，反馈电阻r1的另一端接mn4的源端，mn4漏端与高压电源vh相连，mn4的源端为线性稳压器的输出端。

本实施例的工作过程：

1，反馈电阻r1和r2对输出电压vout进行采样，将反馈电压vfb送到低压域运放101的正输入端，与参考电压vref进行比较，产生输出电压vout1；

2，低压域运放101的输出电压vout1送到高压域共源放大器102的输入端，即mn3的栅端，高压域共源放大器102产生输出电压vout2；

3，高压域共源放大器102的输出电压vout2直接控制高压nmos功率管mn4的栅极，产生输出电压vout。

4，当输出电压vout升高时，反馈电压vfb大于参考电压vref，低压域运放101的输出电压vout1升高，由于正常工作时mn6是常通的，共源放大管mn3的栅极与漏极相位相反，因而当低压域运放101的输出电压vout1升高时，高压域共源放大器102的输出电压vout2会降低，因此使得功率级103的输出vout跟着降低；反之亦然，从而实现了输出电压vout的稳定。