低压差线性稳压器电路及其方法与流程

1.本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种低压差线性稳压器电路及其方法。


背景技术：

2.低压差线性稳压器因其能为集成电路提供稳定、低噪声和特定值的直流输出电压而被广泛使用。然而，低压差线性稳压器电路很容易由于后级(post stage)负载器件的开、关而产生瞬间的过冲(overshoot)和下冲(undershoot)，对电路造成危害。
3.如何减小低压差线性稳压器电路的瞬间过冲和下冲问题，一直是本领域技术人员想要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种改进的低压差线性稳压器电路及其方法。
5.根据本发明的实施例，提出了一种低压差线性稳压器电路，包括：功率器件，工作于可变电阻区，将输入电压转化为输出电压；第一放大级，具有差分输入和差分输出，所述第一放大级经由反馈电阻网络接收表征输出电压的反馈电压，并对反馈电压和参考电压之间的差值进行放大，产生正信号和负信号；第二放大级，具有差分输入和单输出，所述第二放大级经由反馈电容接收表征输出电压的前馈信号，并对前馈信号与负信号之和与正信号的差值进行放大，产生放大信号，用以控制所述功率器件。
6.根据本发明的实施例，还提出了一种用于低压差线性稳压器电路的方法，包括：控制功率器件工作于可变电阻区，以将输入电压转化为输出电压；经由反馈电阻网络接收表征输出电压的反馈电压，将反馈电压和参考电压进行差分放大，产生负信号和正信号；经由反馈电容接收表征输出电压的前馈信号，将前馈信号与负信号之和与正信号的差值进行放大，产生放大信号，用以控制功率器件。
7.根据本发明各方面的上述线性稳压器电路及其方法，提高了系统的瞬态响应，减小了瞬态电压中输出电压的过冲和下冲。
附图说明
8.图1为根据本发明实施例的低压差线性稳压器电路100的电路结构示意图；
9.图2为根据本发明实施例的低压差线性稳压器电路200的电路结构示意图；
10.图3为根据本发明实施例的低压差线性稳压器电路300的电路结构示意图；
11.图4示意性示出了根据本发明实施例的用于低压差线性稳压器电路的方法流程图400。
具体实施方式
12.下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
13.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
14.图1为根据本发明实施例的低压差线性稳压器电路100的电路结构示意图。在图1所示实施例中，所述低压差线性稳压器电路100包括：功率器件110，工作于可变电阻区，将输入电压v
in
转化为输出电压vo，用以提供给后级电路(例如负载)；第一放大级101，具有差分输入和差分输出，所述第一放大级101经由反馈电阻网络120接收表征输出电压vo的反馈电压v
fb
，并对反馈电压v
fb
和参考电压v
ref
之间的差值进行放大，在其正输出端( )产生正信号v
p
，在负输出端(-)产生负信号vn；第二放大级102，具有差分输入和单输出，所述第二放大级102经由反馈电容103接收表征输出电压vo的前馈信号v
cf
，并对前馈信号v
cf
与负信号vn之和(v
cf
vn)与正信号v
p
的差值进行放大，产生放大信号va，用以控制功率器件110。
15.在本发明的一个实施例中，所谓功率器件110工作于可变电阻区，表示通过控制施加于功率器件110控制端的信号(如电压信号或电流信号)，使得功率器件110处于线性放大区，即功率器件110未被完全导通；通过改变功率器件110控制端的信号大小，可以改变功率器件110传导电流时的阻抗大小。
16.在本发明的一个实施例中，对前馈信号v
cf
与负信号vn之和(v
cf
vn)与正信号v
p
的差值进行放大，表示将前馈信号v
cf
与负信号vn相加后，两者的代数和与正信号v
p
的差值被放大；或者正信号v
p
与前馈信号v
cf
相减后，两者的代数差与负信号vn的差值被放大。
17.在本发明的一个实施例中，第二放大级102和输出电压vo之间还耦接有串联的电阻r0和电容c0，以对第二放大级102进行零极点补偿。
18.在本发明的一个实施例中，第一放大级101具有低增益，第二放大级102具有高增益。所谓低增益，表示第一放大级101对其差分输入(即反馈电压v
fb
和参考电压v
ref
的差值)进行放大的倍数比较低，即其差分输出(正信号v
p
和负信号vn的差值)与其差分输入接近。所谓高增益，表示第二放大级102对其差分输入(前馈信号v
cf
与负信号vn之和与正信号v
p
的差值)进行放大的倍数比较大，产生的放大信号va远远大于其差分输入。
19.在本发明的一个实施例中，功率器件包括n型mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)，但本领域技术人员应当意识到，功率器件还可以包括p型mosfet，或者其他类型的功
率器件，例如bjt(双极型晶体管)、igbt(绝缘栅双极型晶体管)等。
20.图2为根据本发明实施例的低压差线性稳压器电路200的电路结构示意图。图2所示低压差线性稳压器电路200与图1所示低压差线性稳压器电路100相似。与图1所示低压差线性稳压器电路100不同的是，在图2所示实施例中，所述低压差线性稳压器电路200还包括：缓冲级104，耦接至第二放大级22，对放大信号va进行缓冲后用以控制功率器件110。
21.在本发明的一个实施例中，所述低压差线性稳压器电路应用于宽输入宽输出的场合。即输入电压v
in
和输出电压vo的电压范围均较宽。例如，在本发明的一个实施例中，输入电压v
in
范围为1v(伏特)至3.6v，输出电压vo范围为0.5v至3.1v。
22.在本发明的一个实施例中，第一放大级101具有第一供电电压v
cc
，第二放大级102和缓冲级104具有第二供电电压v
dd
，其中第二供电电压v
dd
的电压值大于第一供电电压v
cc
。例如，在本发明的一个实施例中，第一供电电压v
cc
小于3.6v，第二供电电压v
dd
大于5v。
23.图3为根据本发明实施例的低压差线性稳压器电路300的电路结构示意图。在图3所示实施例中，具体示出了第一放大级101、第二放大级102以及缓冲级104的晶体管级电路示意图。如图3所示，所述第一放大级101对参考电压v
ref
和反馈电压v
fb
进行差分放大，产生正信号v
p
和负信号vn；所述第二放大级102的其中一个输入端接收负信号vn与前馈信号v
cf
，另一个输入端接收正信号v
p
，并对两个输入端的信号进行差分放大，产生放大信号va；放大信号va经由缓冲级后，被输送至功率器件110的控制端，以控制功率器件110工作于可变电阻区。
24.图4示意性示出了根据本发明实施例的用于低压差线性稳压器电路的方法流程图400。所述方法包括：
25.步骤401，控制功率器件工作于可变电阻区，以将输入电压转化为输出电压。
26.步骤402，经由反馈电阻网络接收表征输出电压的反馈电压，将反馈电压和参考电压进行差分放大，产生负信号和正信号。
27.步骤403，经由反馈电容接收表征输出电压的前馈信号，将前馈信号与负信号之和与正信号的差值进行放大，产生放大信号，用以控制功率器件。
28.在本发明的一个实施例中，所述方法还包括，对放大信号进行缓冲，将缓冲后的放大信号用以控制功率器件。
29.在本发明的一个实施例中，通过第一放大级对反馈电压和参考电压进行差分放大，通过第二放大级对前馈信号与负信号之和与正信号的差值进行放大，通过缓冲级对放大信号进行缓冲。其中所述第一放大级具有第一供电电压，第二放大级和缓冲级具有第二供电电压，第二供电电压的电压值大于第一供电电压。
30.前述根据本发明多个实施例的低压差线性稳压器电路及其方法，通过反馈电阻网络将输出电压引入第一放大级，并通过第一放大级对反馈电压和参考电压的差值进行低增益放大，得到差分输出：负信号和正信号。随后经由反馈电容将输出电压引入第二放大级，使得前馈信号和负信号之和与正信号进行差分放大得到放大信号，用以控制功率器件。因此，当系统处于稳态，或者输出电压在缓慢变化时(例如系统软启动过程、关机过程或者输出电压被实时在线调整时)，由于输出电压不会有快速突变，反馈电容通路不会给控制环路引入影响，系统的低频特性不会被改变。而当负载出现快速变化导致输出电压快速变化时，相较于经由反馈电阻网络将输出电压反馈至第一放大级，输出电压的该快速变化经由反馈
电容可以被快速反馈至第二放大级的输入端。也就是说，输出电压的变化能被更快地反馈到控制环，从而快速调整功率器件的阻抗，以快速调整输出电压。因此，前述根据本发明多个实施例的低压差线性稳压器电路及其方法，提高了低压差线性稳压器电路的瞬态(暂态)响应，减小了瞬态过程中输出电压的过冲和下冲。
31.虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。