基于双功率管的三环路低压差线性稳压器电路

本发明涉及电源管理芯片，尤其涉及一种基于双功率管的三环路低压差线性稳压器电路。

背景技术：

1、近年来，电源芯片发展日趋成熟，各种技术逐渐完善，尤其是低压线性稳压器芯片。其主要分为：片外电容与无片外电容的低压差线性稳压器，其中无片外电容型低压差线性稳压器成为近年来研究的热点之一，由于整个电路系统集成在芯片内部，使得在具体应用时该模块占据更小的面积，有效的提高集成度。

2、但是，在现有技术中，在设计无片外电容型低压差线性稳压器时通常瞬态特性成为较难解决的一个问题，如果输出电容较小，会导致输出负载瞬态跳变时发生较大的瞬态过冲现象，导致后级电路功能出错，影响芯片性能。常见的解决该问题的方式是设计较大的环路带宽提高输出的瞬态响应过程，这会牺牲比较大的静态电流，增加系统的功耗；或是利用相对较大的输出电容改善输出瞬态特性，但是较大的输出电容会使得环路稳定性较难设计，通常利用较大的密勒补偿电容来实现环路稳定，相应的以环路带宽的牺牲作为代价。亦或是设计瞬态辅助模块，检测瞬态输出电压变化直接或者间接的作用于功率管来提升瞬态效果，但同样的存在功耗变大和设计复杂的问题。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种基于双功率管的三环路低压差线性稳压器电路，解决了现有技术中无片外电容低压差线性稳压器的环路稳定性、环路带宽和输出瞬态响应相互折衷的问题，进而实现了提升系统的带载能力，不需要过大的输出电容或过大的米勒补偿电容，也可以自适应地解决稳定性与环路带宽的问题。

2、本发明提供了一种基于双功率管的三环路低压差线性稳压器电路，该电路包括：

3、电源抑制模块、第一环路模块、第二环路模块、第三环路模块以及双功率管模块；其中：

4、所述第一环路模块，用于通过电阻r1和电阻r2产生vfb与参考电压vref的相互钳位作用，得到最终的低压差线性稳压器的精准输出vout；

5、所述第二环路模块，用于根据所述第二环路模块中的pmos1与nmos2组成的两次共栅极放大电路对所述双功率管模块中的输出端的小信号进行放大，并传递至第一功率管mp1和所述第二功率管mp2共同的栅极，以调节所述第一功率管mp1和所述第二功率管mp2共同的栅极电压；

6、所述第三环路模块，用于根据第二功率管mp2上的电流镜像至所述第三环路模块上，确定所述第三环路模块中pmos12的衬底电压，以调节第二功率管mp2的衬底电压；

7、所述电源抑制模块，用于将流经所述电源抑制模块上的电流镜像至所述第二环路模块上，使得电源电压vdd端传递到所述第一功率管mp1和所述第二功率管mp2共同的栅极的扰动与电源电压vdd端上的扰动成等比关系；

8、所述双功率管模块，用于根据所述第一环路模块、所述第二环路模块、所述第三环路模块以及所述电源抑制增强模块对输出端电压进行调节，确定所述稳压器电路的输出。

9、在一种可能的实现方式中，所述双功率管模块包括：所述第一功率管mp1和所述第二功率管mp2；其中：

10、所述第一功率管mp1以及所述第二功率管mp2的栅极与栅极电压vg端连接，所述第一功率管mp1的源极、衬底以及所述第二功率管mp2的源极与电源电压vdd端连接；

11、所述第二功率管mp2的衬底与vdda端连接，所述第一功率管mp1和所述第二功率管mp2的漏极与输出vout端连接，所述第二功率管mp2与所述pmos12形成背栅控制。

12、在一种可能的实现方式中，所述第一环路模块包括：误差放大器ea、pmos1、nmos8以及电容cfb；其中：

13、所述电阻r1的一端与输出vout端连接，所述电阻r1的另一端以及所述电阻r2的一端与所述误差放大器ea的负相端与vfb端连接；

14、所述电阻r2的另一端以及所述nmos8的源极与gnd端连接；

15、所述误差放大器ea的正相端与参考电压vref端连接，所述误差放大器ea的负相端与vfb端连接，所述误差放大器ea的输出端与所述pmos1的栅极连接；

16、所述pmos1的源极、所述双功率管模块中的第二功率管mp2的漏极、第一功率管mp1的漏极与输出vout端连接，所述pmos1的漏极与所述nmos8的漏极连接；所述nmos8的栅极与偏置电压vbias端连接。

17、在一种可能的实现方式中，所述第二环路模块，包括：电容c1；其中：

18、所述pmos1的源极和所述电容c1的一端与所述双功率模块的输出vout端连接；

19、所述pmos1的跨导以及跨接在所述pmos1的源极与所述pmos1的漏极两端的所述电容c1构成补偿零点，所述补偿零点用于抵消在所述pmos1漏极所产生的极点。

20、在一种可能的实现方式中，所述第二环路模块，还包括：pmos3、pmos4、pmos5、nmos6、nmos7以及nmos8；其中：

21、所述pmos1的栅极与误差放大器ea的输出端连接，所述pmos1的漏极、所述电容c1的另一端、所述nmos2的源极与所述nmos8的漏极连接；

22、所述nmos8的栅极与偏置电压vbias端连接，所述nmos8的源极与gnd端连接；

23、所述nmos2的栅极与偏置电压vb端连接，所述nmos2的漏极与所述pmos3的栅极、漏极以及所述pmos4的栅极连接；

24、所述pmos4的漏极与所述nmos6的栅极、漏极以及所述nmos7的栅极连接；

25、所述nmos6和所述nmos7的源极与gnd连接；

26、所述nmos7的漏极、所述pmos5的漏极与双功率管栅极vg端连接；

27、所述pmos5的栅极与va端连接；

28、所述pmos3、所述pmos4、所述pmos5的源极、所述双功率管模块中的所述第一功率管mp1的源极、衬底以及所述第二功率管mp2的源极与电源电压vdd端连接。

29、在一种可能的实现方式中，所述第三环路模块包括：电阻rb以及电容cc；其中：

30、所述pmos12的源极、所述电阻rb的一端与电源电压vdd端连接，所述pmos12的栅极与双功率管栅极vg端连接，所述pmos12的衬底与所述第二功率管的衬底与vdda端连接；

31、所述电容cc的一端与vdda端连接，所述电容cc的另一端与输出vout端连接；

32、所述pmos12、所述电阻rb以及电容cc组成所述第三环路模块中可调节的左半平面的零点，用于补偿所述第三环路模块内的次极点，以增加所述第三环路电路的稳定性。

33、在一种可能的实现方式中，所述第三环路模块还包括：pmos13、nmos14、nmos15；其中：

34、所述pmos12的漏极与所述pmos13的源极连接；

35、所述pmos13的栅极与vfb端连接，所述pmos13的漏极与所述nmos14的栅极、漏极以及所述nmos15的栅极连接；

36、所述nmos14和所述nmos15的源极与gnd端连接，所述nmos15的漏极、所述电阻rb的另一端及所述电容cc的一端连接。

37、在一种可能的实现方式中，所述电源抑制模块包括：nmos9；其中：

38、偏置电压vbias端与所述nmos9的栅极连接，用于为所述电源抑制模块提供静态偏置电流。

39、在一种可能的实现方式中，所述电源抑制模块还包括：pmos10、pmos11、nmos9以及电容c2；

40、所述pmos10的源极接电源电压vdd端，所述pmos10的栅极、漏极分别与所述pmos11的源极、栅极连接；

41、所述pmos11的漏极、所述电容c2的一端与va端连接；

42、所述nmos9的漏极与所述pmos10的漏极连接，所述nmos9的源极、所述电容c2的另一端与gnd端连接。

43、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

44、本发明通过采用了一种基于双功率管的三环路低压差线性稳压器电路，该电路包括：电源抑制模块、第一环路模块、第二环路模块、第三环路模块以及双功率管模块，双功率管模块用于根据第一环路模块、第二环路模块、第三环路模块以及电源抑制增强模块对输出端电压进行调节，确定稳压器电路的输出；第一环路模块用于通过电阻r1和电阻r2产生vfb与参考电压vref的相互钳位作用，得到最终的低压差线性稳压器的精准输出vout，相比于其他环路该第一环路为慢环路，用于提高整个系统的增益从而保证实际输出vout的精度，尤其是其在低频状态时的电源抑制特性与负载调整率特性；第二环路模块用于根据第二环路模块中的pmos1与nmos2组成的两次共栅极放大电路对双功率管模块中的输出端的小信号进行放大，经过所述pmos3、pmos4、nmos6、nmos7、pmos5组成的跨导增强级的放大传递到双功率管的栅极，并经过功率管本身所构成的共源极放大作用对输出端做出调节；第三环路模块用于根据第二功率管mp2上的电流镜像至第三环路模块上，确定第三环路模块中pmos12的衬底电压，以调节第二功率管mp2的衬底电压，可以通过调节电阻rb、补偿电容cc与背栅跨导来调节主极点的实际位置来获得相对较高的环路带宽与环路稳定性；电源抑制模块，用于将流经电源抑制模块上的电流镜像至第二环路模块上，使得电源电压vdd端传递到第一功率管mp1和第二功率管mp2共同的栅极的扰动与电源电压vdd端上的扰动成等比关系；双功率管模块用于根据第一环路模块、第二环路模块、第三环路模块以及电源抑制增强模块对输出端电压进行调节，确定稳压器电路的输出，有效解决了现有技术中无片外电容低压差线性稳压器的环路稳定性、环路带宽和输出瞬态响应相互折衷的问题，同时双功率管还可以提升系统的带载能力，不需要过大的输出电容或过大的米勒补偿电容，也可以自适应地解决稳定性与环路带宽的问题。