一种多输入电源的防倒灌型LDO电路及其方法与流程

本发明涉及集成电路设计，具体涉及一种多输入电源的防倒灌型ldo电路以及应用该电路的方法。

背景技术：

1、目前，在很多线性稳压源的应用中，多输入源是一个很普遍的现象，为了满足这样的应用要求，设计者一般都会先从这些电源中选择或产生一个电源，然后用这个电源作为最终ldo的输入，来产生最终的输出，如图2和图3的电路，但是这种设计方法会至少遇到四个问题，包括如下：

2、(1)根据两个输入源来产生一个电源，然后再利用这个新电源作为ldo输入电源来产生最终的输出，这样至少会有三个功率管，会占用很多面积；

3、(2)两个输入电源的大小关系可能会影响产生的ldo输入电源，这样当两者有相对大小变化时，ldo的输入电源可能就会存在切换速度不足的问题；

4、(3)不易对不同的输入电源来自动调整ldo的不同目标电压值；

5、(4)两个输入电源都没有电，而从输出进行外灌供电时，存在电流倒灌风险。

6、目前，在电子产品的电源管理系统中，多电源输入已经成为了一种普遍情况，这些输入电源有可能都有电，有可能有一些输入电源有电，有一些输入电源没有电，也有可能输入电源都没有电，而从输出电源端口外灌供电，针对这些不同的情况，电源的路径管理就会比较复杂。在电源的路径管理上，至少要保证有两个功能，一是在输出电源没有电的情况下，要通过电源产生一个稳定的电源，二是在任何时候，输入电源相互间不能有相互倒灌电的情况发生，在输入电源没有电，输出电源被外灌供电时，输出电源不能向输入电源漏电。下面给出了目前常用的几种ldo架构。

7、如图1所示，图1给出了一种基本ldo电路，包括：vin是ldo的输入电源，pmos管mp1是功率管，其衬底电位也是接的vin，101是误差放大器，用于放大vref电压和vfb电压的误差值，其输出作为功率管mp1的栅极信号，用于控制功率管流通的电流，由于反馈环路作用，vref和vfb的电压最终会被钳位至相等大小。在此基础上，该ldo的输出电压与vref电压的理想关系如下：

8、

9、相对于图1，图2中在ldo主电路202前面加入了电源选择电路201及其控制电路203。控制电路203先采用了一个比较器将vin1和vin2的电压进行比较，产生表征其大小关系的vmax电压域下的信号selvin1_b(为1时表示vin1电压比vin2电压小)和selvin2_b(为1时表示vin2电压比vin1电压小)，用于控制电源选择电路201中功率管mp1和功率管mp2的开关，将vin1和vin2中较大电压的电压信号传输给vmax信号。电源选择电路201中，除了mp1和mp2这两个二选一进行导通的功率管，还需要mp3和mp4这两个互绕开关，当vin1和vin2的电压的差值大于一个pmos管阈值时，其中较小电压信号就会控制较大电压传输功率管导通，进而将较大电压信号传输出去，产生vmax电压。另外，电源选择电路201中的xr1和xr2这两个电阻是出于esd保护考虑而加上的。

10、如图3所示，与图2中不同的是，图3中的电路利用了一个输入sel信号进行选择主ldo采用的电源信号，而不是图1中固定采用vin1和vin2中的较大电压作为输入电源信号。

11、综上所述，为了解决两输入电源的问题，图2和图3中的电路都是先根据这两个电源产生一个电压(vmax或者vin)，然后再输出给主ldo，进而产生vout电压，这样就会导致一些问题，如功率管个数至少是3个，输入电源切换时输出电压不能平滑切换，不易根据选择输入电源选择不同的ldo输出电压配置，输入没有电但输出外灌电时会存在倒灌电问题等等。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种多输入电源的防倒灌型ldo电路及其方法，其结构成本低、输出电压切换平滑，可灵活调整，可以稳定可靠地防止不同电源之间的相互倒灌问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种多输入电源的防倒灌型ldo电路，包括：

4、第一级高电源产生模块、第二级高电源产生模块、输入电源分压模块、ldo主体模块，所述第一级高电源产生模块的两个电源输入端分别接入电源vin1、电源vin2，所述第一级高电源产生模块的一个输出端输出电源信号vmax1至所述第二级高电源产生模块，所述第二级高电源产生模块用于在所述电源信号vmax1和输出电源vout中进行选择输出，得到电源信号vmax，并将所述vmax电源信号输出至所述ldo主体模块，所述输入电源分压模块用于将输入电源vin1和vin2进行电阻分压，分别得到vref2_vin1信号和vref2_vin2信号，并且分别将所述vref2_vin1信号和vref2_vin2信号输出至所述ldo主体模块的输入端；

5、其中，所述ldo主体模块包括功率管mp11、功率管mp12、第一误差放大器以及第二误差放大器，所述功率管mp11、功率管mp12的衬底分别接电源信号vmax，所述第一误差放大器的输出端与所述功率管mp11的栅极连接，所述第二误差放大器的输出端与所述功率管mp12的栅极连接，所述功率管mp11、功率管mp12的源极分别接电源vin1和vin2，所述功率管mp11、功率管mp12的漏极与输出电压vout连接，所述第一误差放大器、第二误差放大器的正输入端分别接vfb信号。

6、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路，所述第一误差放大器的第一负输入端接vref1_vin1信号，所述第一误差放大器的第二负输入端接vref2_vin1信号，所述第二误差放大器的第一负输入端接vref1_vin2信号，所述第二误差放大器的第二负输入端接vref2_vin2信号，所述第一误差放大器、第二误差放大器的电源端分别接电源信号vmax。

7、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路，所述第一级高电源产生模块包括第一电源产生模块以及第一比较模块，所述第一电源产生模块包括功率管mp1、功率管mp2、功率管mp3、功率管mp4，所述功率管mp1、功率管mp2、功率管mp3、功率管mp4的衬底分别接vmax1电源信号，所述功率管mp1的栅极接selvin1_b信号，所述功率管mp1的漏极接节点a，所述节点a接电源vin1，所述功率管mp2的栅极接selvin2_b信号，所述功率管mp2的漏极接节点b，所述节点b接电源vin2，所述功率管mp3的漏极接所述节点a，所述功率管mp3的栅极接所述节点b，所述功率管mp4的栅极接所述节点a，所述功率管mp4的漏极接所述节点b；所述第一比较模块包括第一比较器、第一非门、第二非门，所述第一比较器的正输入端接电源vin1，所述第一比较器的负输入端接电源vin2，所述第一比较器的输出端接所述第一非门的输入端，所述第一非门的输出端分别与所述selvin1_b信号、第二非门的输入端连接，所述第二非门的输出端输出所述selvin2_b信号。

8、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路，所述第一电源产生模块还包括压敏电阻xr1、压敏电阻xr2，所述压敏电阻xr1的第一端与所述节点a连接，所述压敏电阻xr1的第二端与所述功率管mp4的栅极连接，所述压敏电阻xr2的第一端与所述功率管mp3的栅极连接，所述压敏电阻xr2的第二端与所述节点b连接。

9、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路，所述第二级高电源产生模块包括第二电源产生模块以及第二比较模块，所述第二电源产生模块包括功率管mp5、功率管mp6、功率管mp7、功率管mp8，所述功率管mp5、功率管mp6、功率管mp7、功率管mp8的衬底分别接vmax电源信号，所述功率管mp5的栅极接selvmax1_b信号，所述功率管mp5的漏极接节点c，所述节点c接所述电源信号vmax1，所述功率管mp6的栅极接selvout_b信号，所述功率管mp6的漏极接节点d，所述节点d接输出电压vout，所述功率管mp7的漏极接所述节点c，所述功率管mp3的栅极接所述节点d，所述功率管mp8的栅极接所述节点c，所述功率管mp8的漏极接所述节点d；所述第二比较模块包括第二比较器、第三非门、第四非门，所述第二比较器的正输入端接所述电源信号vmax1，所述第二比较器的负输入端接电源vout，所述第二比较器的输出端接所述第三非门的输入端，所述第三非门的输出端分别与所述selvmax1_b信号、voutovvin信号、第四非门的输入端连接，所述第四非门的输出端输出所述selvout_b信号。

10、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路，所述第二电源产生模块还包括压敏电阻xr3、压敏电阻xr4，所述压敏电阻xr3的第一端与所述节点c连接，所述压敏电阻xr3的第二端与所述功率管mp8的栅极连接，所述压敏电阻xr4的第一端与所述功率管mp7的栅极连接，所述压敏电阻xr4的第二端与所述节点d连接。

11、一种多输入电源的防倒灌型ldo电路的应用方法，该方法应用于上述的多输入电源的防倒灌型ldo电路，其包括以下步骤：

12、将电源vin1、电源vin2输入第一级高电源产生模块，通过第一级高电源产生模块将电源vin1、vin2的较高电压传输给电源信号vmax1作为输出，第二级高电源产生模块的第二比较模块基于电源信号vmax1与输出电源vout进行比较，并将比较结果输出至第二级高电源产生模块的第二电源产生模块，第二电源产生模块基于比较结果来控制pmos导通与否进行选择输出，得到vmax电源；

13、通过输入电源分压模块将输入电源vin1和vin2进行电阻分压，分别得到vref2_vin1信号和vref2_vin2信号；

14、通过ldo主体模块的功率管mp11和mp12的衬底接入vmax电源，分别将功率从电源vin1和vin2传输给输出电源vout，从而根据输入电源vin1、vin2的不同情况调整ldo的目标电压值；

15、其中，将ldo主体模块的两个误差放大器的负输入端分别接入vref电压，将两个误差放大器的正输入端分别接入由输出电源vout进行分压得到的vfb信号，vfb信号的电压与输出电源vout的电压表示为以下公式(1)：

16、

17、通过分别调整vref1_vin1和vref_vin2的电压大小，来调整ldo的输出vout的目标电压值。

18、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路的应用方法，当电源vin1到输出电源vout的通路不使能时，ldo主体模块的第一误差放大器的输出节点vg1被拉高到vmax电压，使得功率管mp11关闭，由于vmax的电压会大于或等于电源vin1和vout的电压，使得此时电源vin1不会漏电到vmax和vout，同时vout也不会漏电到vmax和vin1。

19、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路的应用方法，当电源vin1到输出电源vout的通路单独使能，电源vin2到输出电源vout的通路不使能，同时输出电源vout不外灌供电时，则只有功率管mp11向vout传输功率；

20、其中，误差放大器的正输入端的电压为r0*v(vout)，误差放大器的两个负输入端的电压分别为v(vref_vin1)和r11*v(vin1)，由于两个输入负端电压中的较小电压起主要作用，因此有r0*v(vout)＝min{v(vref_vin,r11*v(vin1}，即表示为以下公式(2)：

21、

22、如果合理设计参数r0和r11，使它们的关系满足r11<r0，那么就一定会有v(vout)<v(vin1)，这样就不会存在vout向vin1倒灌电的问题。

23、根据本发明提供的一种多输入电源的防倒灌型ldo电路的应用方法，若电源vin1到输出电源vout的通路使能，电源vin2到输出电源vout也使能或者输出电源vout外灌供电时，向输出电源vout节点的功率传输不止功率管mp11，若此时输出电源vout节点的电压满足以下公式(3)：

24、r0*v(vout)<min{v(vref_vin1),r11*v(vin1}  (3)

25、则功率管mp11将功率从电源vin1传输到输出电源vout，抬高vout电压，直至达到公式(4)：

26、r0*v(vout)＝min{v(vref_vin1),r11*v(vin1}  (4)

27、若r0*v(vout)>min{v(vref_vin1),r11*v(vin1}，就会使得第一误差放大器的输出vg1被拉高到vmax电压，关闭功率管mp11，使得此时电源vin1不会漏电到vmax和vout，同时vout也不会漏电到vmax和vin1。

28、由此可见，相比较现有技术，本发明具有以下有益效果：

29、1、本发明针对两个输入的电源，只需要两个功率管，可以节省一个功率管的面积，有效地改善了双输入电源的ldo设计中的功率管面积比较大的问题；

30、2、本发明可以根据两个输入电源的大小关系平滑切换ldo的输出电压，通过双环路控制，使得在输入电源变化情况下，ldo输出电压能够进行平稳切换，同时其输出目标电压可以灵活调整；

31、3、本发明可以根据输入电源的不同情况灵活调整ldo的目标电压值；

32、4、本发明通过采用双输入负端的误差放大器，可以稳定可靠地防止不同电源之间的相互倒灌问题。

33、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。