低压差线性稳压器电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种低压差线性稳压器电路，由第一电路单元、第二电路单元和反馈电路单元组成。第一电路单元用于在电子设备处于正常工作模式时控制电源管理系统的输出电压；第二电路单元用于在电子设备处于待机模式时控制电源管理系统的输出电压；反馈电路单元用于将电源管理系统的输出电压的电压信号反馈到第一电路单元和第二电路单元；第一电路单元和第二电路单元根据反馈电路单元所反馈的电压信号对电子设备的电源管理系统的输出电压进行稳压处理。通过区分电子设备的正常工作模式和待机模式，在待机模式时使用开环的控制方法调节输出电压，减小LDO待机时的静态工作电流，实现降低电源管理系统待机功耗、延长电池待机时间的效果。
【专利说明】
低压差线性稳压器电路
技术领域
[0001]本发明涉及电源管理领域，具体涉及一种低压差线性稳压器(LDO)电路。
【背景技术】
[0002]供电系统中待机功耗直接决定供电设备的待机时间，待机功耗过大，容易在设备长时间待机后因为电池过放电而无法开启。影响电源管理系统待机功耗的主要因素是不同电源域的LD0。减小LDO的静态工作电流，能显著降低待机功耗，延长供电设备的待机时间。
[0003]图1是传统LDO电路图100，包括运算放大器OPl、功率管Mpl电阻Rll、电阻R12和电容CU。传统LDO电路利用负反馈方法实现不随输入电压和负载变化的稳定输出电压。具体工作如下，输出电压通过电阻Rll和电阻R12分压后，输入到运算放大器的正向输入端，该电压与电压参考源比较，当输出电压下降时，功率管Mpl的栅电压下降，功率管Mpl的导通电阻降低，输出电压重新上升。如此循环，最终实现稳定的输出电压。
[0004]在传统LDO电路中，为保证环路的稳定性，一般需要由输出电容和等效负载构成的极点作为主极点，而LDO电路设计一直追求输出电容减少，以减小体积，这导致内部的次极点要往更高的频率移动，这意味运算放大器的速度更快，从而需要消耗更大的电流。但在系统待机模式下，因为需求的电流减少为正常需求的1%甚至以下，所以输出的主极点大大降低，但传统方案次极点并没有相应降低，导致在待机模式下，运放还以较高的速度工作，导致运放的工作电流较大，从而令运放工作电流占主体的静态工作电流较大，导致电池待机时间短，甚至出现电池过放电的应用问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低待机功耗的LDO电路，克服传统LDO电路在待机模式下，由于静态工作电流过大而导致的电池待机时间短，甚至电池过放电的缺陷。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]提供一种低压差线性稳压器电路，由第一电路单元、第二电路单元和反馈电路单元。第一电路单元用于在所述电子设备处于正常工作模式时，控制所述电源管理系统输出电压;第二电路单元用于在所述电子设备处于待机模式时，控制所述电源管理系统输出电压;反馈电路单元用于将所述输出电压的电压信号反馈到所述第一电路单元和第二电路单元;所述第一电路单元和所述第二电路单元根据所述反馈电路单元所反馈的电压信号对所述电子设备的电源管理系统的输出电压进行稳压处理。
[0008]本发明的进一步优选方案是，第一电路单元包括运算放大器和功率管。所述运算放大器用于处理反馈电路单元所反馈的电压信号;所述功率管用于调节输出电压;其中所述运算放大器的两个输入端分别连接电压参考源和所述反馈电路单元的输出端，所述运算放大器的使能控制端连接正常工作模式使能信号，所述运算放大器的输出端与功率管相连。
[0009]进一步的，所述运算放大器的反向输入端连接电压参考源，所述运算放大器的正向输入端连接所述反馈电路单元的输出端。
[0010]进一步的，所述功率管是P沟道增强型场效应管，所述P沟道增强型场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端相连，所述P沟道增强型场效应管的源极与输入电源相连，所述P沟道增强型场效应管的漏极与所述输出电压端相连。
[0011]本发明的进一步优选方案是，所述第二电路单元包括迟滞比较器、电平转换器和辅助功率管。所述迟滞比较器用于处理反馈电路单元反馈的电压信号；所述电平转换器用于转换迟滞比较器的输出电平;所述辅助功率管用于调节输出电压；其中所述迟滞比较器的两个输入端分别连接电压参考源和所述分压电路单元的输出端，所述迟滞比较器的使能控制端连接待机模式使能信号，所述迟滞比较器的输出端与电平转换器的输入端相连，所述电平转换器的输出端与所述辅助功率管相连。
[0012]进一步的，所述迟滞比较器的反向输入端连接电压参考源，所述迟滞比较器的正向输入端连接所述反馈电路单元的输出端。
[0013]进一步的，所述辅助功率管是P沟道增强型场效应管，所述P沟道增强型场效应管的栅极与所述迟滞比较器的输出端相连，所述P沟道增强型场效应管的源极与输入电压相连，所述P沟道增强型场效应管的漏极与所述输出电压端相连。
[0014]本发明的进一步优选方案是，所述反馈电路单元包括第一电阻和第二电阻。所述第一电阻的一端与输出电压相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端接地。
[0015]本发明的有益效果在于，通过区分电子设备的正常工作模式和待机模式，将电子设备处于正常工作模式下的正常模式LDO电路与电子设备处于待机模式下的待机模式LDO电路结合起来，采用开环的控制方法调节输出电压，以达到减小LDO待机时的静态工作电流，从而达到降低电源管理系统待机功耗、延长电池待机时间的效果。
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0017]图1是传统LDO电路图；
[0018]图2是本发明一实施方式的LDO电路的电路框图；
[0019]图3是本发明图2所示的LDO电路的具体电路图；
【具体实施方式】
[0020]现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
[0021]图2是本发明一实施方式的LDO电路的电路框图200，在本实施方式中，LDO电路包括第一电路单元202、第二电路单元204和反馈电路单元206。第一电路单元202用于在电子设备处于正常工作模式时，控制电子设备的电源管理系统的输出电压;第二电路单元204用于在电子设备处于待机模式时，控制电子设备的电源管理系统的输出电压;反馈电路单元206用于将电子设备的电源管理系统的输出电压的电压信号反馈到第一电路单元202和第二电路单元204。电源管理系统的输出电压连接至反馈电路单元206的输入端，反馈电路单元206的输出端分别连接至第一电路单元202的输入端和第二电路单元204的输入端，第一电路单元202的输出端和第二电路单元204的输出端连接至输出电压端。其中，第一电路单元202和第二电路单元204根据反馈电路单元206所反馈的电压信号对输出电压进行调节，以对电子设备的电源管理系统的输出电压进行稳压处理。
[0022]当电子设备处于正常工作模式时，采用第一电路单元202调节输出电压，当电子设备处于待机模式时，第二电路单元204工作，采用开环的控制方法调节输出电压，进而减小LDO待机时的静态工作电流，从而降低待机模式下的功耗，延长电池待机时间。在本实施方式中，所述电子设备是指其电源管理系统中使用LDO电路的电子设备，例如可以是手机、平板等使用电池供电的电子设备中，采用所述LDO电路，可以降低电源管理系统待机功耗、延长电池待机时间；也可以是使用交流电源供电的电子设备，例如电脑主机、显示器等，采用所述LDO电路，可以降低电源管理系统待机功耗。
[0023 ]图3是本发明图2所示的LDO电路的具体电路图300。
[0024]在本实施方式中，LDO电路包括第一电路单元302、第二电路单元304和反馈电路单元306。
[0025]在一实施方式中，第一电路单元302可包括运算放大器和功率管。运算放大器的两个输入端分别连接电压参考源和反馈电路单元的输出端，运算放大器的使能控制端连接正常工作模式使能信号，运算放大器的输出端与功率管相连，运算放大器用于处理反馈电路单元所反馈的电压信号，功率管用于调节输出电压。
[0026]在一实施方式中，运算放大器的反向输入端连接电压参考源，运算放大器的正向输入端连接反馈电路单元的输出端。在其他实施方式中，可以根据LDO电路原理和所使用的功率管的类型调整运算放大器的正向输入端和反向输入端所连接的信号。
[0027]在一实施方式中，功率管可以为P沟道增强型场效应管，P沟道增强型场效应管的栅极与运算放大器的输出端相连，P沟道增强型场效应管的源极与输入电源相连，所述P沟道增强型场效应管的漏极与输出电压端相连。在其他实施方式中，功率管可以是其他类型的场效应管或三极管，根据不同类型的功率管，运算放大器的两输入端的信号的连接方式也不同，只要可以实现对所述电子设备的电源管理系统的输出电压进行稳压处理即可。
[0028]在一实施方式中，第二电路单元304可包括迟滞比较器、电平转换器和辅助功率管。迟滞比较器用于处理反馈电路单元反馈的电压信号；电平转换器用于转换迟滞比较器的输出电平，以满足辅助功率管的电压要求;辅助功率管用于调节输出电压;其中迟滞比较器的两个输入端分别连接电压参考源和反馈电路单元的输出端，迟滞比较器的使能控制端连接待机模式使能信号，迟滞比较器的输出端与电平转换器相连，电平转换器的输出端与辅助功率管相连。
[0029]在其他实施方式中，迟滞比较器也可以使用运算放大器来代替，但是运算放大器的功耗比迟滞比较器的功耗大，所以采用迟滞比较器会更好的降低待机功耗。
[0030]在一实施方式中，在低输入电压的情况下，可以直接使用输入电源为迟滞比较器供电，并直接驱动辅助功率管，无需使用电平转换器。
[0031]在一实施方式中，迟滞比较器的反向输入端连接电压参考源，迟滞比较器的正向输入端连接反馈电路单元的输出端。在其他实施方式中，可以根据LDO电路原理和所使用的辅助功率管的类型调整迟滞比较器的正向输入端和反向输入端所连接的信号。
[0032]在一实施方式中，辅助功率管是P沟道增强型场效应管，P沟道增强型场效应管的栅极与迟滞比较器的输出端相连，P沟道增强型场效应管的源极与输入电源相连，P沟道增强型场效应管的漏极与输出电压端相连。在其他实施方式中，辅助功率管可以是其他类型的场效应管或三极管，根据不同类型的辅助功率管，迟滞比较器的两个输入端的信号的连接方式也不同，只要可以实现对所述电子设备的输入电压进行稳压处理即可。
[0033]在一实施方式中，可将辅助功率管在正常工作模式下并入功率管使用，即在正常工作模式时，第一电路单元可同时使用功率管和辅助功率管，而在待机模式时，只使用辅助功率管，这样设计可以选择较小规格的功率管，进而降低了生产成本。本实施方式只是在电路连接方式上有些差别，但是同样可以实现本发明的技术效果。
[0034]在一实施方式中，反馈电路单元306可包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与输出电压相连，第一电阻的另一端与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端接地，其作用是将输出电压的电压信号反馈到第一电路单元和第二电路单元。在其他实施方式中，可以选用其他有相同作用的反馈电路。
[0035]图3所示的LDO的具体电路图300的工作原理如下:
[0036]第一电路单元302包括运算放大器0P3和功率管Mp3(P沟道增强型场效应管)；第二电路单元304包括迟滞比较器D3、电平转换器LS(level-shift)和辅助功率管Maux3(P沟道增强型场效应管)；反馈电路单元306包括第一电阻R31和第二电阻R32。输入电源Vin分别连接功率管Mp3的源极和辅助功率管Maux3的源极；电压参考源分别连接运算放大器0P3的反向输入端和迟滞比较器D3的反向输入端;反馈电路单元的输出端分别连接运算放大器0P3的正向输入端和迟滞比较器D3的正向输入端；正常工作模式信号连接运算放大器0P3的使能控制端，待机模式信号连接迟滞比较器D3的使能控制端;运算放大器0P3的输出端连接功率管Mp3的栅极，功率管Mp3的漏极连接至输出端Vout;迟滞比较器D3的输出端连接辅助功率管Maux3的栅极，辅助功率管Maux3的漏极连接输出端Vout。
[0037]正常工作模式信号有效时，第一电路单元302工作，利用负反馈方法实现不随输入电源Vin和负载变化的稳定输出电压，当输出端Vout电压下降时，功率管Mp3的栅电压下降，功率管Mp3的导通电阻降低，输入端Vin到输出端Vout的电流增大，输出端Vout电压重新上升。如此循环，最终实现稳定的输出电压。工作原理与传统LDO相似。
[0038]在待机模式信号有效时，第二电路单元304工作，假设输出目标电压为Vtrag，迟滞比较器D3的迟滞量为Vhys，当输出端Vout电压下降到Vtrag-Vhys,迟滞比较器D3输出低电平，通过电平转换器LS后，辅助功率管Maux3的栅极电压迅速降低，辅助功率管Maux3打开，输入电压通过辅助功率管Maux3对输出端Vout充电，当输出端Vout电压上升到Vtrag，迟滞比较器D3输出高电平，通过电平转换器LS后，辅助功率管Maux3的栅极电压迅速升高，辅助功率管Maux3关闭，输出端Vout电压依靠存储在电容CL3中的电荷维持，随着输出端Vout所接负载放电，当电压重新下降到Vtrag-Vhys，重复上述的过程。
[0039]通过使用上述LDO电路，区分了电子设备的正常工作模式和待机模式，将电子设备处于正常工作模式下的正常模式LDO电路与电子设备处于待机模式下的待机模式LDO电路结合起来，利用开环的控制方法调节输出电压，进而减小LDO待机时的静态工作电流，从而达到降低电源管理系统待机功耗、延长电池待机时间的效果。
[0040]应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种低压差线性稳压器电路，用于电子设备的电源管理系统的稳压处理，其特征在于，包括: 第一电路单元，用于在所述电子设备处于正常工作模式时，控制所述电源管理系统的输出电压； 第二电路单元，用于在所述电子设备处于待机模式时，控制所述电源管理系统的输出电压； 反馈电路单元，用于将所述电源管理系统的输出电压的电压信号反馈到所述第一电路单元和第二电路单元； 其中，所述第一电路单元和所述第二电路单元根据所述反馈电路单元所反馈的电压信号对所述电子设备的电源管理系统的输出电压进行稳压处理。2.如权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述第一电路单元包括: 运算放大器，用于处理所述反馈电路单元所反馈的电压信号;及 功率管，用于调节所述输出电压； 其中，所述运算放大器的两个输入端分别连接电压参考源和所述反馈电路单元的输出端，所述运算放大器的使能控制端连接正常工作模式使能信号，所述运算放大器的输出端与所述功率管相连。3.如权利要求2所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述运算放大器的反向输入端连接电压参考源，所述运算放大器的正向输入端连接所述反馈电路单元的输出端。4.如权利要求3所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述功率管是P沟道增强型场效应管，所述P沟道增强型场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端相连，所述P沟道增强型场效应管的源极与输入电源相连，所述P沟道增强型场效应管的漏极与所述输出电压端相连。5.如权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述第二电路单元包括: 迟滞比较器，用于处理所述反馈电路单元所反馈的电压信号； 电平转换器，用于转换迟滞比较器的输出电平;及 辅助功率管，用于调节输出电压； 其中所述迟滞比较器的两个输入端分别连接电压参考源和所述反馈电路单元的输出端，所述迟滞比较器的使能控制端连接待机模式使能信号，所述迟滞比较器的输出端与电平转换器相连，所述电平转换器的输出端与所述辅助功率管相连。6.如权利要求5所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述迟滞比较器的反向输入端连接电压参考源，所述迟滞比较器的正向输入端连接所述反馈电路单元的输出端。7.如权利要求6所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述辅助功率管是P沟道增强型场效应管，所述P沟道增强型场效应管的栅极与所述迟滞比较器的输出端相连，所述P沟道增强型场效应管的源极与输入电源相连，所述P沟道增强型场效应管的漏极与所述输出电压端相连。8.如权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述反馈电路单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述输出电压相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端接地。
【文档编号】G05F1/565GK105843318SQ201610168088
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】黄穗彪
【申请人】深圳芯智汇科技有限公司