LDO电路系统及控制方法与流程

ldo电路系统及控制方法
技术领域
1.本发明属于线性电源技术领域，特别涉及一种ldo电路系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着便携式、穿戴式电子产品的普及，电子产品供电方式越来越多地采用电池供电。不同市场、不同类别的电子产品采用的电池种类不同、供电电压不同、电池容量不同。特别对于可穿戴式产品，电池容量小，要求待机时间长，这就要求系统的待机功耗极低，使得系统在不更换电池的情况下可以工作的时间长。
3.在不同品种便携式、穿戴式电子产品中，采用电池供电，而内部各个模块需要的供电电压是不一样的，而且允许的电压范围也是不一样的，因此需要ldo(lowdropout voltage regulator)将电池电压转换成时候相关asic使用的低工作电压。
4.对于ldo来说，工作性能尤其是瞬态反应性能基本上跟自身消耗的功耗成一个正比的关系，即正常情况下低的功耗会导致差的工作性能，目前的ldo无法兼顾较优的瞬态反应性能和较低的功耗。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提出一种ldo电路系统，可以保证较优的瞬态反应性能，同时将功耗降低到na级别。
6.本发明的另一目的是提出一种用于控制上述ldo电路系统的控制方法。
7.技术方案：本发明所述的ldo电路系统，包括控制器及ldo电路，其中ldo电路包括至少两个比较器、至少两路负反馈回路及输出mos管，所述比较器的输出端均与所述输出mos管的栅极电性连接，所述输出mos管的源极连接电源，所述输出mos管的漏极与所述负反馈回路电性连接，所述负反馈回路的输出端分别一一对应连接所述比较器的同向输入端，所述负反馈回路包括若干电阻及可控开关器件，各所述负反馈回路的电阻参数互不相同，所述控制器分别与所述比较器及所述可控开关器件电性连接。
8.进一步的，所述比较器的数量为两个，所述负反馈回路的数量为两路，第一负反馈回路及第二负反馈回路分别与第一比较器及第二比较器的同向输入端对应电性连接，所述第一负反馈回路工作时的静态电流小于所述第二负反馈回路。
9.进一步的，所述控制器包括输出电流检测模块、输出电压监测模块、多个计时器及状态控制模块，所述输出电流检测模块用于检测所述ldo电路输出的负载电流，所述输出电压监测模块用于监测所述ldo电路输出的负载电压，多个所述计时器分别用于计时电源输入及所述负载电流位于不同阈值范围内的持续时间，所述状态控制模块用于根据所述负载电流及所述计时器的状态输出控制信号，控制所述比较器及所述可控开关器件工作或停止。
10.本发明所述的ldo电路系统的控制方法，至少包括低功耗状态和中功耗状态两种工作状态，所述低功耗状态下静态电流较低的第一负载回路工作，所述中功耗状态下静态
电流较高的第二负载回路工作，其切换方法如下：ldo电路系统刚上电时，进入中功耗状态，经过第一时间后开始持续检测ldo电路系统输出的负载电流；当ldo电路系统处于中功耗状态，且负载电流持续小于第一阈值的时间大于第二时间，则进入低功耗状态，并开始持续监测ldo电路系统输出的负载电压；当ldo电路系统处于低功耗状态，且负载电流大于第二阈值或负载电压欠压，则进入中功耗状态。
11.进一步的，所述第一阈值为0.5ma。
12.进一步的，所述第二阈值为1.0ma。
13.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过设置具有不同参数的负反馈回路，并根据负载状态切换工作的负反馈回路，在需要瞬态反应性能时让静态电流较高的负反馈回路工作，在不需要瞬态反应性能，负载电流较小且平稳时，切换静态电流较低的负反馈回路工作，保持低功耗，从而兼顾瞬态反应性能的同时降低功耗，在不影响性能的前提下延长电子设备的电池使用时间。
附图说明
14.图1为本发明实施例的ldo电路系统的负反馈回路的电路原理图；
15.图2为本发明实施例的ldo电路系统的控制器的系统框图；
16.图3为本发明实施例的ldo电路系统的空载上电仿真结果图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
18.参照图1，根据本发明实施例的ldo电路系统，包括控制器及ldo电路。其中ldo电路包括输出mos管，至少两个比较器和对应的至少两路负反馈回路。比较器的输出端与输出mos管的栅极连接，输出mos管的源极连接直流电源，漏极通过负反馈回路与各比较器的同向输入端连接构成多个负反馈回路。负反馈回路由多个分压电阻组成，各负反馈回路的电阻参数互不相同，使各个负反馈回路工作时的静态电流不同。每个负反馈回路中均串联有一个可控开关器件，可控开关器件和比较器均与控制器电性连接，并受控制器控制，控制器可以通过控制比较器是否工作，以及控制可控开关器件通断，使不同静态电流的负载回路接入系统中。
19.上述技术方案，通过设置具有不同参数的负反馈回路，并根据负载情况进行切换，当负载电流较高，负载处于工作状态，需要较好的瞬态反应性能时，让静态电流较高的负反馈回路投入工作，保证ldo电路可以快速响应负载需求。当负载电流持续位于较低状态时，即负载处于休眠状态时，则切换静态电流较低的负反馈回路投入工作，降低功耗，从而延长电池使用时间。上述ldo电路系统，可以兼顾瞬态反应性能的同时降低功耗。
20.参照图2，控制器包括输出电流检测模块、输出电压监测模块、多个计时器及状态控制模块。输出电流检测模块用于检测ldo电路输出的负载电流，输出电压监测模块用于监测ldo电路输出的负载电压，计时器用于对电源输入及负载电流位于不同阈值范围内的持续时间进行计时，状态控制模块用于根据负载电流及计时器的状态输出控制信号，控制比较器及可控开关器件动作，实现负反馈回路的切换。
21.参照图1及图2，在本实施例中，包括两个比较器和两路负反馈回路，第一比较器、
分压电阻r1和r2与输出mos管构成静态电流约为25na的低功耗回路负反馈系统；第二比较器、分压电阻r3和r4与输出mos管构成静态电流约为25μa的中功耗回路负反馈系统。可控开关器件选用可控硅，当状态控制模块输出控制信号ct为高电平时，第二比较器、分压电阻r3及r4工作，系统处于中功耗状态，瞬态反应性能较好，可以快速响应负载；当状态控制模块输出控制信号ct为低电平时，第一比较器、分压电阻r1及r2工作，系统处于低功耗状态，功耗远低于中功耗状态。可以理解的是，实际中可以根据负载需要，设计静态电流更高或更低的负反馈回路，满足负载的不同工作状态。
22.参照图2，实际中，控制器通过监测负载电流及电压变化来切换负反馈回路，系统启动时，负载一般处于大负载状态，所以启动时选用静态电流较大的负反馈回路，本实施例中采用中功耗状态。启动一定时间后，负载较为稳定后，开始监测ldo电路输出给负载的负载电流，当电流持续低于当前状态的电流阈值范围一定时间，则切换至静态电流更低的负反馈回路工作；当电流跳变到高于当前状态的电流阈值范围，或者检测到负载欠压，则切换至静态电流更高的负反馈回路工作。实际中，为了防止系统振荡，向电流更高的负反馈回路和向电流更低的负反馈回路切换的阈值之间需要有一定的回差。
23.在本实施例中，低功耗状态和中功耗状态切换规则如下：
24.当ldo电路系统处于中功耗状态，且负载电流持续小于0.5ma的时间大于第二时间，则进入低功耗状态，并开始持续监测ldo电路系统输出的负载电压；
25.当ldo电路系统处于低功耗状态，且负载电流大于1.0ma或负载电压欠压，则进入中功耗状态。
26.本实施例的ldo电路系统的空载上电仿真结果如图3所示，在空载启动下，输出快速上电并稳定，在经过约100ms后，静态电流稳定减小到约27.7na，瞬态响应速度快，且稳定后功耗低。