一种无片外电容抗高输入输出变化的低压差稳压器的制作方法

本发明属于低压差稳压器领域，具体涉及一种无片外电容抗高输入输出变化的低压差稳压器。

背景技术：

1、低压差线性稳压器是利用负反馈机制进行线性实时控制的一个典型系统。最基本的低压差线性稳压器包含三个引脚，分别是输入电压vdd，输出电压vout和地gnd。芯片外围电路主要包括输出电压端的电容cl，以及输出负载rl。

2、低压差线性稳压器在整体电路中的作用主要为产生稳定的电源电压，有效抑制外接电源和负载的扰动对芯片内部供电电压的影响。消费类电子产品对电源有较高的噪声和纹波抑制的要求，芯片内部稳压电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能，要求稳压器压降及自身功耗低，线路成本低且方案简单。低压线性稳压器能够较好的符合这些要求。

3、如图1所示，传统的低压差线性稳压器的核心模块包含误差放大器和功率级器件两个部分，它们通过一个电阻反馈网络构成一个负反馈闭环系统。当vout下降时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同相输入端的电压下降，并通过和误差放大器反相输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器输出信号，从而驱使功率器件对外提供更多的电流以抬升输出电压；反之，当vout上升时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同相输入端的电压上升，并通过和误差放大器反相输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器输出信号，从而驱使功率器件减少对外提供电流以拉低输出电压。这一反馈原理也同样适合稳压器在输入电压变化时保持稳定的输出电压。

4、然而电子产品需要更小的芯片面积以控制成本，取消了片外电容，大幅减小了负载电容，这会导致负载电流突增的情况下，向下过冲电压过大，反之亦然，当负载电流突减的情况下，向上的过冲电压过大。同时，电子产品也追求更小的功耗，传统的低压差线性稳压器在小负载电流的情况下存在性能过剩而导致功耗过大的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无片外电容抗高输入输出变化的低压差稳压器，在输入电压和负载电流突变时能够减小稳压器对输出过冲电压的影响，能够提供高负载电流，降低控制电路功耗。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种无片外电容抗高输入输出变化的低压差稳压器，所述稳压器包括第一级误差放大器a1、第二级共源放大器a2、主功率器件、副功率器件、负反馈回路、密勒补偿电路、自适应偏置电流源、过冲电压保护电路以及使能电路，其中第一级误差放大器a1的一个输入端与基准电压vref相连，第一级误差放大器a1的另一个输入端通过负反馈回路与输出电压vout相连，即第一级误差放大器a1的另一个输入端输入为采样反馈电压vfb，第一级误差放大器a1的输出连接第二级共源放大器a2的输入端，第二级共源放大器a2的输出连接主功率器件，第一级误差放大器a1的另一个输出与自适应偏置电流源连接，自适应偏置电流源的输出与第一级误差放大器、第二级共源放大器和过冲电压保护电路连接，副功率器件并联在自适应偏置电流源的输入和主功率器件的输出之间，密勒补偿电路并联在主功率器件两侧，使能电路与第一级误差放大器的两个输出、第二级共源放大器和负反馈回路相连接。

3、进一步，所述过冲电压保护电路的输入与第二级共源放大器的输出相连接，所述过冲电压保护电路的输出连接至输出电压vout。

4、进一步，第一级误差放大器a1包括pmos管mp1、pmos管mp2、nmos管mn1～nmos管mn6，其中pmos管mp1和pmos管mp2的源极连接电源vdd，pmos管mp1的栅极和pmos管mp1的漏极、pmos管mp2的栅极、nmos管mn5的漏极连接，pmos管mp2的漏极和nmos管mn6的漏极连接，nmos管mn5的栅极和nmos管mn3的栅极和采样反馈电压vfb连接，nmos管mn5的源极和nmos管mn3的漏极连接，nmos管mn6的栅极和nmos管mn4的栅极连接，nmos管mn6的源极和nmos管mn4的漏极连接，nmos管mn6的源极和nmos管mn4的漏极均通过电容c1连接至输出电压vout，nmos管mn3的源极和nmos管mn4的源极、nmos管mn2的漏极连接，nmos管mn2的源极和nmos管mn1的源极均接地，nmos管mn2的栅极和nmos管mn1的栅极、nmos管mn1的漏极、ibn连接。

5、进一步，第二级共源放大器a2为非反相共源放大器，第二级共源放大器a2包括pmos管mp5以及nmos管mn9，其中pmos管mp5的栅极连接第一级误差放大器a1中pmos管mp1的漏极，pmos管mp5的源极连接电源vdd，pmos管mp5的漏极与nmos管mn9的漏极相连接，nmos管mn9的源极接地，nmos管mn9的栅极与自适应偏置电流源中nmos管mn8的栅极相连接。

6、进一步，自适应偏置电流源包括pmos管mp5、nmos管mn7、nmos管mn8和nmos管mn9，其中pmos管mp5的栅极连接第一级误差放大器a1中pmos管mp1的漏极，pmos管mp5的源极连接电源vdd，pmos管mp5的漏极与nmos管mn9的漏极相连接，nmos管mn7、mn8以及mn9的栅极相互相连，nmos管mn7、mn8以及mn9的源极均接地，nmos管mn8的漏极与pmos管mp3的漏极相连接，nmos管mn7的漏极与nmos管mn4的源极相连接。

7、进一步，主功率器件包括pmos管mp6，其中pmos管mp6的源极接电源vdd，pmos管mp6的栅极和第二级共源放大器a2中pmos管mp5的漏极连接，pmos管mp5的栅极和pmos管mp6的漏极之间依次串联电容c2、电阻r3以及电容c3，pmos管mp6漏极和输出电压vout连接。

8、进一步，副功率器件包括pmos管mp4，其中pmos管mp4的源极接电源vdd，pmos管mp4的栅极和pmos管mp3的栅极连接，pmos管mp4漏极和vout连接，pmos管mp3的源极连接电源vdd。

9、进一步，使能电路包括pmos管mp7～mp9，nmos管mn12～mn14，其中pmos管mp7～mp9的源极接电源vdd，栅极接enp信号，pmos管mp7的漏极和第一级误差放大器a1中pmos管mp1的栅极连接，pmos管mp8的漏极和pmos管mp3的栅极连接，pmos管mp9的漏极和主功率器件pmos管mp6的栅极连接，nmos管mn12～mn14的源极接地，nmos管mn12的栅极和nmos管mn13的栅极接enn信号，nmos管mn14的栅极接enp信号，nmos管mn12的漏极接nmos管mn1的栅极，nmos管mn13的漏极接nmos管mn8的栅极，nmos管mn14的漏极接反馈电阻r2的一端，pmos管mp4漏极和nmos管mn14的漏极之间通过串联的电阻r1和r2进行连接。

10、进一步，过冲电压保护电路包括nmos管mn10、nmos管mn11、电阻r4、电阻r5、电容c4和电容c5，其中nmos管mn10和mn11的源极相连，nmos管mn10和mn11的漏极均与输出电压vout相连，nmos管mn10的栅极和mn11的栅极通过电阻r5进行串联，电容c5的一端连接在mn11的栅极和电阻r5之间，另一端与mn11的源极连接，mn10的栅极与主功率器件mp6的栅极电压v2点之间串联电容c4，mn10的栅极与mn7的栅极电压v1之间串联电阻r4。

11、进一步，当负载从重载切载到轻载时，信号以交流尖峰信号的形式耦合到mn10的栅极使mn10导通，将多余的电流泄放掉，交流尖峰信号经过电阻r5和电容c5时产生延时，当流过mn10的电流减少时，mn11将维持放电以减小过冲电压。

12、本发明的有益技术效果在于：采用自适应偏置电流源，在负载电流从小到大切载时及时增大开环增益、开通主功率管，加快了电路的瞬态响应，减小了下冲电压。增大功率管的驱动能力的直接好处是在保证最大电流输出的情况下，减少了功率管的需求数量，从而减少了稳压器的面积。

13、采用过冲电压保护电路，在负载电流从大到小切载时，打开泄放电通路，减小了过冲电压。解决了传统无片外电容稳压器在输入电压和负载突变时，输出电压的扰动问题。

14、由于采用了主、副功率管结构，使得其在带载低负载电流时，只需要第一级误差放大器和副功率管工作，降低了控制电路功耗，同时扩大了稳压器的使用范围。采用多个使能控制管能够降低稳压器的待机电流。