專利名稱：一種具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低壓差線性穩(wěn)壓器，尤其是一種具有 Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
低壓差線性穩(wěn)壓器簡稱LDO (Low-Dropout Voltage Regulator)，是一種輸入電壓大于輸出電壓的直流線性穩(wěn)壓器，它具有輸入輸出響應(yīng)快，噪聲低，成本低廉等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于電池供電的各種電子設(shè)備，通信設(shè)備，電源等。在設(shè)計LDO的時候，最關(guān)鍵的問題就是進(jìn)行頻率補(bǔ)償，傳統(tǒng)的LDO采用輸出電容上的ESR(Equivalent Series Resistance)來產(chǎn)生零點與調(diào)整管柵極上的極點相互抵消的辦法使系統(tǒng)穩(wěn)定，但ESR容易受環(huán)境，如溫度等的影響，變化較大，且輸出電流也被限制在很小的范圍。目前很多文獻(xiàn)中頻率補(bǔ)償?shù)姆椒ò?，密勒補(bǔ)償，動態(tài)密勒補(bǔ)償，增加緩沖級，使用DMOS調(diào)整管，使用電荷泵來驅(qū)動NMOS調(diào)整管等，上述方法均在不同程度上提高了電路的復(fù)雜程度，而且電路在驅(qū)動大負(fù)載的情況下對這些方法提出了挑戰(zhàn)。如圖1所示，傳統(tǒng)的LDO結(jié)構(gòu)包括，基準(zhǔn)電壓源201，誤差放大器202，輸出調(diào)整管 203，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)204，輸出負(fù)載205?；鶞?zhǔn)電壓源201產(chǎn)生一個不隨溫度和電源電壓變化的基準(zhǔn)電壓Vkef，輸出電壓V。ut通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)204，反饋回來一個電壓Vfb，基準(zhǔn)電壓Vkef 和反饋電壓Vfb進(jìn)入誤差放大器202，從而放大其差值并驅(qū)動輸出調(diào)整管203，當(dāng)電路建立平衡時，基準(zhǔn)電壓Vkef近似等于反饋電壓Vfb，此時輸出負(fù)載205獲得的電流是從輸出調(diào)整管 203拉出的。如圖1所示，設(shè)輸出調(diào)整管203的輸出電阻為Ro-pass，誤差放大器的輸出電阻為 Roa，輸出調(diào)整管的柵極寄生電容為Cpa,，則圖示的LDO結(jié)構(gòu)中存在三個極點和一個零點，分別位于=P1 = 1/2 π C。R。_pass，P2 = 1/2 π CbResr, P3 = 1/2 π CparRoa 和 Zl = 1/2 π C0Resr 系統(tǒng)最小的單位增益帶寬受限于負(fù)載跳變時，輸出電壓恢復(fù)到設(shè)定值的響應(yīng)時間，系統(tǒng)最大的單位增益帶寬則受限于系統(tǒng)的寄生極點，如P3和誤差放大器內(nèi)部的極點。為了保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常將寄生極點放在系統(tǒng)的UGF之外。另外，當(dāng)輸出大電流并滿足低壓差時，輸出調(diào)整管203的尺寸必須足夠大，從而其柵極寄生電容Cpm也很大，為了易于補(bǔ)償，這就對誤差放大器202的輸出電阻Roa的值提出了限制。當(dāng)負(fù)載電流最大時，由于主極點P1增加的速度(Ro-pass與負(fù)載電流呈線性反比關(guān)系)比增益減小的速度(直流增益與負(fù)載電流的平方根呈線性反比關(guān)系)快，UGF被推到更高的頻率，從而可能引進(jìn)寄生極點，相位裕度此時最差。對于這樣一個穩(wěn)定的系統(tǒng)而言，在UGF內(nèi)只出現(xiàn)P1, P2和Z1,而輸出電容的的類型和大小決定了 P1, P2和\的位置，因此ESR的允許值是負(fù)載電流和電路特性的函數(shù)。當(dāng)負(fù)載電流從零跳變到最大值時，輸出電壓的變化受限于閉環(huán)帶寬，輸出電容和負(fù)載電流。環(huán)路響應(yīng)時間越短，輸出電壓變化程度就越小，整個系統(tǒng)的性能就越好。環(huán)路響應(yīng)時間通常與系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬和系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，當(dāng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電流足夠大時， 響應(yīng)時間主要會受系統(tǒng)閉環(huán)帶寬影響，當(dāng)然這樣會消耗比較大的靜態(tài)電流，從而降級設(shè)備的使用壽命。傳統(tǒng)的LDO結(jié)構(gòu)包含了三個極點和一個零點，為了保證環(huán)路的穩(wěn)定性，必須使用大的輸出電容去做負(fù)載，從而增加了成本，浪費了面積。進(jìn)一步的分析證明，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換速率受限于輸出調(diào)整管的柵極寄生電容，這就要求誤差放大器有較低的輸出阻抗和較高的輸出電流能力，通?？梢栽谡`差放大器的輸出級增加一個緩沖器，去隔離輸出調(diào)整管的寄生電容和誤差放大器的輸出阻抗。傳統(tǒng)的設(shè)計一般只包括了 Source電流能力，而且在輸出大電流的情況下，系統(tǒng)的補(bǔ)償比較難以進(jìn)行，這就會使輸出的瞬態(tài)特性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，該種穩(wěn)壓器增加了 Sink電流的功能，同時在滿足輸出大電流的情況下，能夠給出系統(tǒng)補(bǔ)償方案，使輸出的瞬態(tài)特性滿足需要。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的該種具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括基準(zhǔn)電壓源以及與基準(zhǔn)電壓源相連的誤差放大器，所述誤差放大器的兩個輸出端分別連接有偏置電路BIASl 和偏置電路BIAS2，所述偏置電路BIASl的輸出端連接有N溝道MOS管一及其采樣限流電路一，所述偏置電路BIAS2的輸出端連接有N溝道MOS管二及其采樣限流電路二 ；所述N溝道MOS管一和N溝道MOS管二的輸出端連接有負(fù)載電路；在所述負(fù)載電路和誤差放大器之間還連接有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。上述誤差放大器的反向輸入端與基準(zhǔn)點電壓源相連；所述偏置電路BIASl的輸出和N溝道MOS管一的柵極和源級相連；所述偏置電路BIAS2的輸出和N溝道MOS管一的柵極相連；所述N溝道MOS管一的漏級接電壓VCC，且其源級接負(fù)載電路；所述N溝道MOS管二的源極接地，且其漏級接負(fù)載電路。上述采樣限流電路一由采樣管一，采樣電阻和限流比較器COMPl組成；所述采樣管一的漏級接電源VCC，且其源級和采樣電阻的一端及限流比較器COMPl的負(fù)端相連，所述采樣電阻的另一端與負(fù)載電路相連；所述限流比較器COMPl的正端與一個基準(zhǔn)電壓VREF2 相連，所述限流比較器COMPl的輸出與N溝道MOS管一的柵極相連；所述采樣限流電路二由采樣管二，采樣電阻和限流比較器C0MP2組成；所述采樣管二的漏級接負(fù)載電路，且其源級和采樣電阻的一端及限流比較器C0MP2的負(fù)端相連，所述采樣電阻的另一端與負(fù)載電路相連；所述限流比較器C0MP2的正端與一個基準(zhǔn)電壓VREF3相連，所述限流比較器C0MP2的輸出與N溝道MOS管二的柵極相連；所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由補(bǔ)償電容和補(bǔ)償電阻組成，所述補(bǔ)償電容一端接限流比較器COMPl的負(fù)端，另一端接誤差放大器的正端，所述補(bǔ)償電阻的一端接負(fù)載電路，另一端接誤差放大器的正端。上述誤差放大器為高增益具有雙端輸出的運算放大器。上述誤差放大器由P溝道MOS管Ml，P溝道MOS管M2，N溝道MOS管M3，N溝道MOS 管M4，P溝道MOS管M5，P溝道MOS管M6，電流偏置電路IBASl，電流偏置電路IBAS2，電流偏置電路IBAS3組成。所述電流偏置電路IBIASl和電流偏置電路IBIAS2的一端均接運算放大器的電源 VCC,電流偏置電路IBIASl的另一端與P溝道MOS管Ml的源端相接，電流偏置電路IBIAS2
6的另一端與電流偏置電路IBIASl的另一端的源端相接，且P溝道MOS管Ml的漏級和P溝道 MOS管M2的漏級一起接地。P溝道MOS管M5的源極和P溝道MOS管M6的源極都接運算放大器的電源VCC，P溝道MOS管M5的柵極和P溝道MOS管M6的柵極相接，且P溝道MOS管 M5的柵極和P溝道MOS管M5的漏極相接，N溝道MOS管M3的漏極與P溝道MOS管M5的漏極相接，N溝道MOS管M3的柵極和P溝道MOS管Ml的源端相接，N溝道MOS管M4的漏極與 P溝道MOS管M6的漏極相接，N溝道MOS管M4的柵極和P溝道MOS管M2的源端相接，且N 溝道MOS管M3的源極和N溝道MOS管M4的源極相接，電流偏置電路IBIAS3的一端接地， 另一端與N溝道MOS管M3的源極和N溝道MOS管M4的源極相接；所述P溝道MOS管Ml的柵極和P溝道MOS管M2的柵極為所述運算放大器的兩個輸入端，且P溝道MOS管Ml的柵極與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(109)的一端相接，P溝道MOS管M2的柵極與基準(zhǔn)電壓源(101)相接。上述偏置電路BIASl由P溝道MOS管M9，P溝道MOS管M12和電阻Rl組成；所述偏置電路BIAS2由P溝道MOS管M7，N溝道MOS管M8，N溝道MOS管MlO和N溝道MOS管 Mll組成；所述P溝道MOS管M7的源級接電源VCC，P溝道MOS管M7的柵級接P溝道MOS管 M6和N溝道MOS管M4的漏級，P溝道MOS管M7的漏級與N溝道MOS管M8的漏級相接，且 N溝道MOS管M8的柵極和N溝道MOS管M8的漏極相接，N溝道MOS管M8的源極接地；P溝道MOS管M9的源級接電源VCC，P溝道MOS管M9的柵級接P溝道MOS管M5和N溝道MOS 管M3的漏級，P溝道MOS管M9的漏級與N溝道MOS管MlO的漏極相接，N溝道MOS管MlO 的柵極和N溝道MOS管M8的柵極相接，N溝道MOS管MlO的源極和N溝道MOS管Ml 1的漏極相接，N溝道MOS管Mll的柵極和N溝道MOS管MlO的漏極相接，N溝道MOS管Mll的源極接地。進(jìn)一步，上述限流比較器COMPl由電流偏置電路IBIAS4，N溝道MOS管M17，電流偏置電路IBIAS5，N溝道MOS管M18，電阻R4和P溝道MOS管M22組成；所述采樣管一由N溝道MOS管M15組成；所述采樣電阻由電阻R2組成；所述電流偏置電路IBIAS4的一端接電源 VCC,電流偏置電路IBIAS4的另一端接N溝道MOS管M17的漏極，且N溝道MOS管M17的柵極和N溝道MOS管M18的漏極相接，N溝道MOS管M17的源極和N溝道MOS管M15的源極相接，N溝道MOS管M15的漏極接電源VCC，N溝道MOS管M15的柵極和N溝道MOS管一的柵極相接，電阻R2的一端與N溝道MOS管M15的源極相接，電阻R2的另一端和N溝道MOS 管一的源極相接，電流偏置電路IBIAS5的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS4的另一端接N溝道MOS管M18的漏極，N溝道MOS管M18的源極和電阻R4的一端相接，且R4的另一端接N溝道MOS管一的源極，P溝道MOS管M22的源極接電源VCC，P溝道MOS管M22的柵極與N溝道MOS管M18的漏極相接，P溝道MOS管M22的漏極接P溝道MOS管M12的柵極；所述限流比較器C0MP2由電流偏置電路IBIAS6，N溝道MOS管M19，電流偏置電路 IBIAS7，N溝道MOS管M19，電阻R5，N溝道MOS管M21組成；所述采樣管一由N溝道MOS管 M16組成；所述采樣電阻由電阻R3組成；所述電流偏置電路IBIAS6的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS6的另一端接N溝道MOS管M19的漏極，且N溝道MOS管M19的柵極和N溝道MOS管M20的柵極相接，N溝道MOS管M19的源極和N溝道MOS管M16的源極相接，N溝道MOS管M16的柵極和N溝道MOS管二的柵極相接，N溝道MOS管M16的漏極和N溝道MOS
7管二的漏極相接，電阻R3的一端與N溝道MOS管M16的源極相接，電阻R3的另一端與地相接，電流偏置電路IBIAS7的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS7的另一端接N溝道MOS 管M20的漏極，且N溝道MOS管M20的漏極和N溝道MOS管M20的柵極相接，電阻R5的一端與N溝道MOS管M20的源極相接，電阻R5的另一端接地，N溝道MOS管M21的源極接地， N溝道MOS管M21的柵極與N溝道MOS管M19的源極相接，N溝道MOS管M21的漏極接N溝道MOS管M14的柵極。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果(1)首先，本發(fā)明線路設(shè)計新穎，使用方便，能夠通過檢測輸出負(fù)載的外接(空載， Sink或Source)情況，合理的設(shè)置Class ab級的推挽輸出電壓，給兩個輸出調(diào)整管合理的偏置電壓，從而控制這個系統(tǒng)不向外輸出電流，Sink電流或Source電流。(2)本發(fā)明新穎的Sink和Source電流限流結(jié)構(gòu)，能夠保證在Sink和Source電流的情況下，系統(tǒng)輸出的最大電流在所設(shè)計的范圍之內(nèi)，并巧妙的運用Souce限流模塊的采樣電阻去做補(bǔ)償?shù)囊徊糠?，使線路在輸出大負(fù)載的時候依然有良好的瞬態(tài)特性。(3)本發(fā)明具有較高的環(huán)路增益和合理的電流偏置，使線路具有良好的負(fù)載調(diào)整率。實際測試表明，在負(fù)載電流從OA跳到3A時，輸出電壓的跳變在20mv以內(nèi)，滿足了應(yīng)用的需求。綜上所述，本發(fā)明線路設(shè)計新穎，使用方便，在大的帶載能力下依然有良好的瞬態(tài)特性，因而有較廣的使用范圍。


圖1為傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器的原理圖；圖2為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器的線路圖；圖3為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓去的電路原理框圖。上圖中201-基準(zhǔn)電壓源；202-誤差放大器；203-輸出調(diào)整管；204-電阻分壓網(wǎng)絡(luò)；205-輸出負(fù)載；101-基準(zhǔn)電壓源；102-誤差放大器；103-偏置電路BIASl ；104-偏置電路BIAS2 ； 105-N溝道MOS管一 ；107-采樣限流電路一 ；106-N溝道MOS管二 ； 108-采樣限流電路二 ； 109-補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；110-負(fù)載電路；107-1-采樣管一 ；107-2-采樣電阻；107-3-限流比較器COMPl ； 108-1-采樣管二 ； 108-2-采樣電阻；108-3-限流比較器C0MP2 ； 109-1-補(bǔ)償電容；109-2-補(bǔ)償電阻。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖3所示，本發(fā)明的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括基準(zhǔn)電壓源101，與基準(zhǔn)電壓源101直接相連的誤差放大器102，分別和誤差放大器102的兩個輸出端相連接的偏置電路BIASl 103和偏置電路BIAS2104，和偏置電路BIASl 103輸出端相連的N溝道MOS管一 105及其采樣限流電路一 107，和偏置電路BIAS2104輸出端相連的N溝道MOS管二 106及其采樣限流電路二 108，和負(fù)載電路110及誤差放大器102相連接的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)109 ；所述誤差放大器102的反向輸入端與基準(zhǔn)點電壓源101相連；所述偏置電路BIAS1103的輸出和N溝道MOS管一 105的柵極和源級相連；所述偏置電路BIAS2104的輸出和N溝道MOS管一 106的柵極相連；所述N溝道MOS管一 105的漏級接電壓VCC，且其源級接負(fù)載電路110 ；所述N溝道MOS管二 106的源極接地，且其漏級接負(fù)載電路110 ； 所述采樣限流電路一 107由采樣管一 107-1，采樣電阻107-2和限流比較器C0MP1107-3組成，所述采樣管一 107-1的漏級接電源VCC，且其源級和采樣電阻107-2的一端及限流比較器C0MP1107-3的負(fù)端相連，所述采樣電阻107-2的另一端與負(fù)載電路110相連，所述限流比較器C0MP1107-3的正端與一個基準(zhǔn)電壓VREF2相連，所述限流比較器C0MP1107-3的輸出與N溝道MOS管一 105的柵極相連；所述采樣限流電路二 108由采樣管二 108-1，采樣電阻108-2和限流比較器C0MP2108-3組成，所述采樣管二 108-1的漏級接負(fù)載電路110，且其源級和采樣電阻108-2的一端及限流比較器C0MP2108-3的負(fù)端相連，所述采樣電阻108-2 的另一端與負(fù)載電路110相連，所述限流比較器C0MP2108-3的正端與一個基準(zhǔn)電壓VREF3 相連，所述限流比較器C0MP2108-3的輸出與N溝道MOS管二 106的柵極相連；所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)109由補(bǔ)償電容109-1和補(bǔ)償電阻109-2組成，所述補(bǔ)償電容109-1 —端接限流比較器 COMPl 107-3的負(fù)端，另一端接誤差放大器102的正端，所述補(bǔ)償電阻109-2的一端接負(fù)載電路110，另一端接誤差放大器102的正端。本實施例中，所述誤差放大器102為高增益具有雙端輸出的運算放大器。所述運算放大器由P溝道MOS管Ml，P溝道MOS管M2，N溝道MOS管M3，N溝道MOS管M4，P溝道 MOS管M5，P溝道MOS管M6，電流偏置電路IBASl，電流偏置電路IBAS2，電流偏置電路IBAS3 組成。所述電流偏置電路IBIASl和電流偏置電路IBIAS2的一端均接運算放大器的電源 VCC,電流偏置電路IBIASl的另一端與P溝道MOS管Ml的源端相接，電流偏置電路IBIAS2 的另一端與電流偏置電路IBIASl的另一端的源端相接，且P溝道MOS管Ml的漏級和P溝道 MOS管M2的漏級一起接地。P溝道MOS管M5的源極和P溝道MOS管M6的源極都接運算放大器的電源VCC，P溝道MOS管M5的柵極和P溝道MOS管M6的柵極相接，且P溝道MOS管 M5的柵極和P溝道MOS管M5的漏極相接，N溝道MOS管M3的漏極與P溝道MOS管M5的漏極相接，N溝道MOS管M3的柵極和P溝道MOS管Ml的源端相接，N溝道MOS管M4的漏極與 P溝道MOS管M6的漏極相接，N溝道MOS管M4的柵極和P溝道MOS管M2的源端相接，且N 溝道MOS管M3的源極和N溝道MOS管M4的源極相接，電流偏置電路IBIAS3的一端接地， 另一端與N溝道MOS管M3的源極和N溝道MOS管M4的源極相接。所述P溝道MOS管Ml的柵極和P溝道MOS管M2的柵極為所述運算放大器的兩個輸入端，且P溝道MOS管Ml的柵極與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)109的一端相接，P溝道MOS管M2的柵極與基準(zhǔn)電壓源101相接。所述偏置電路BIASl 103包括P溝道MOS管M7，N溝道MOS管M8，P溝道MOS管 M9, N溝道MOS管M10，N溝道MOS管Mil，P溝道MOS管M12，電阻Rl ；其中所述P溝道MOS 管M9，P溝道MOS管M12，電阻Rl ；所述偏置電路BIAS2 (104)包括P溝道MOS管M7，N溝道 MOS 管 M8，N 溝道 MOS 管 MlO，N 溝道 MOS 管 Mll。所述P溝道MOS管M7的源級接電源VCC，P溝道MOS管M7的柵級接P溝道MOS管 M6和N溝道MOS管M4的漏級，P溝道MOS管M7的漏級與N溝道MOS管M8的漏級相接，且 N溝道MOS管M8的柵極和N溝道MOS管M8的漏極相接，N溝道MOS管M8的源極接地；P溝道MOS管M9的源級接電源VCC，P溝道MOS管M9的柵級接P溝道MOS管M5和N溝道MOS管M3的漏級，P溝道MOS管M9的漏級與N溝道MOS管MlO的漏極相接，N溝道MOS管MlO 的柵極和N溝道MOS管M8的柵極相接，N溝道MOS管MlO的源極和N溝道MOS管Ml 1的漏極相接，N溝道MOS管Mll的柵極和N溝道MOS管MlO的漏極相接，N溝道MOS管Mll的源極接地。所述限流比較器COMPl 107-3由電流偏置電路IBIAS4，N溝道MOS管M17，電流偏置電路IBIAS5，N溝道MOS管M18，電阻R4，P溝道MOS管M22組成；所述采樣管一 107-1由 N溝道MOS管M15組成；所述采樣電阻107-2由電阻R2組成；所述電流偏置電路IBIAS4的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS4的另一端接N溝道MOS管M17的漏極，且N溝道MOS 管M17的柵極和N溝道MOS管M18的漏極相接，N溝道MOS管M17的源極和N溝道MOS管 M15的源極相接，N溝道MOS管M15的漏極接電源VCC，N溝道MOS管M15的柵極和N溝道 MOS管一 105的柵極相接，電阻R2的一端與N溝道MOS管M15的源極相接，電阻R2的另一端和N溝道MOS管一 105的源極相接，電流偏置電路IBIAS5的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS4的另一端接N溝道MOS管M18的漏極，N溝道MOS管M18的源極和電阻R4的一端相接，且R4的另一端接N溝道MOS管一 105的源極，P溝道MOS管M22的源極接電源VCC， P溝道MOS管M22的柵極與N溝道MOS管M18的漏極相接，P溝道MOS管M22的漏極接P溝道MOS管Ml2的柵極。所述限流比較器C0MP2108-3由電流偏置電路IBIAS6，N溝道MOS管M19，電流偏置電路IBIAS7，N溝道MOS管M19，電阻R5，N溝道MOS管M21組成；所述采樣管一 108-1由 N溝道MOS管M16組成；所述采樣電阻108-2由電阻R3組成；所述電流偏置電路IBIAS6的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS6的另一端接N溝道MOS管M19的漏極，且N溝道MOS 管M19的柵極和N溝道MOS管M20的柵極相接，N溝道MOS管M19的源極和N溝道MOS管 M16的源極相接，N溝道MOS管M16的柵極和N溝道MOS管二 106的柵極相接，N溝道MOS 管M16的漏極和N溝道MOS管二 106的漏極相接，電阻R3的一端與N溝道MOS管M16的源極相接，電阻R3的另一端與地相接，電流偏置電路IBIAS7的一端接電源VCC，電流偏置電路 IBIAS7的另一端接N溝道MOS管M20的漏極，且N溝道MOS管M20的漏極和N溝道MOS管 M20的柵極相接，電阻R5的一端與N溝道MOS管M20的源極相接，電阻R5的另一端接地，N 溝道MOS管M21的源極接地，N溝道MOS管M21的柵極與N溝道MOS管M19的源極相接，N 溝道MOS管M21的漏極接N溝道MOS管M14的柵極。所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)109中的補(bǔ)償電容109-1由電容Cl組成；所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)109中的補(bǔ)償電阻109-2由電阻R6組成；電容Cl的一端接P溝道MOS管Ml的柵極，電容Cl的另一端接N溝道MOS管M15的源極，電阻R6的一端接P溝道MOS管Ml的柵極，電阻R6的另一端接N溝道MOS管一 105的源極。上述具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器的工作原理如下當(dāng)穩(wěn)壓器空載的時候，基準(zhǔn)電壓源的輸出VREFl和反饋回來的輸出電壓VOUT的值非常接近，從而誤差放大器的具有兩個接近相等輸入端，誤差放大器的兩個輸出端通過控制偏置電路BIASl和偏置電路BIAS2，使N溝道MOS管一和N溝道MOS管二的柵極電壓偏置在合適的值，從而使整個穩(wěn)壓器的輸出電流為零，此時采樣限流電路一和采樣限流電路二均不動作。當(dāng)穩(wěn)壓器Source電流的時候，基準(zhǔn)電壓源的輸出VREFl高于反饋回來的輸出電壓V0UT，從而誤差放大器的兩個輸入端相差較大，誤差放大器的兩個輸出端通過控制偏置電路BIASl和偏置電路BIAS2，使N溝道MOS管一向外Source電流，此時若Source電流大于設(shè)定的值，采樣限流電路一發(fā)生動作，使N溝道MOS管一的柵極降低，從而使Source電流限定在設(shè)定的值。當(dāng)穩(wěn)壓器Sink電流的時候，基準(zhǔn)電壓源的輸出VREFl低于反饋回來的輸出電壓 V0UT，從而誤差放大器的兩個輸入端相差較大，誤差放大器的兩個輸出端通過控制偏置電路BIASl和偏置電路BIAS2，使N溝道MOS管二 Sink電流，此時若Sink電流大于設(shè)定的值， 采樣限流電路二發(fā)生動作，使N溝道MOS管二的柵極降低，從而使Sink電流限定在設(shè)定的值。Vout不是直接反饋到N溝道MOS管Ml，而是通過采樣電阻R2，補(bǔ)償電容Cl，補(bǔ)償電阻R6反饋，其中采樣電阻R2同時參與了環(huán)路的補(bǔ)償。這樣一個類似II型補(bǔ)償?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，不僅提供了反饋的直流環(huán)路，而且對整個環(huán)路起到了很好的補(bǔ)償作用，改善了瞬態(tài)的輸出電壓。綜上所述，本發(fā)明所述具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器包括基準(zhǔn)電壓源101，與基準(zhǔn)電壓源101直接相連的誤差放大器102，分別和誤差放大器102的兩個輸出端相連接的偏置電路BIASl 103和偏置電路BIAS2104，和偏置電路BIAS1103輸出端相連的N溝道MOS管一 105及其采樣限流電路一 107，和偏置電路BIAS2104輸出端相連的N溝道MOS管二 106及其采樣限流電路二 108，和負(fù)載電路110及誤差放大器102相連接的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)109 ；誤差放大器102為雙端輸出，分別驅(qū)動偏置電路BIAS1103和偏置電路 BIAS2104,偏置電路BIASl 103給N溝道MOS管一 105提供合適的工作電壓，當(dāng)外接負(fù)載為 Sourc接法時，N溝道MOS管一 105向負(fù)載Source電流；偏置電路BIAS2104給N溝道MOS 管二 108提供合適的工作電壓，當(dāng)外接負(fù)載為Sink接法時，N溝道MOS管二 108向負(fù)載Sink 電流。當(dāng)空載的時候，基準(zhǔn)電壓VREF和反饋電壓FB接近相等，則誤差放大器102有兩個接近相等的輸入端，則通過偏置電路BIASl 103和偏置電路BIAS2 104使N溝道MOS管一 103和N溝道MOS管二 108的柵壓偏置在合適的電壓下，其中N溝道MOS管一 103是通過P 溝道MOS管M12，電阻Rl和N溝道MOS管二 108進(jìn)行偏置，N溝道MOS管二 108則是通過P 溝道MOS管M9鏡像的電流，經(jīng)過N溝道MOS管MlO和N溝道MOS管Mll獲得柵壓偏置，平衡的時候電流從電源經(jīng)過N溝道MOS管一 103和N溝道MOS管二 108流到地。當(dāng)Source電流的時候，由于有經(jīng)過負(fù)載流向地的電流，則輸出電壓Vout會低于靜態(tài)無負(fù)載電流的情況，則誤差放大器102的兩個輸入端基準(zhǔn)電壓VREF大于反饋輸入電壓 FB,此時誤差放大器102的輸出通過P溝道MOS管M12，電阻Rl使N溝道MOS管一 103向負(fù)載Source電流。N溝道MOS管M15采樣通過N溝道MOS管一 103的電流，并在電阻R2上產(chǎn)生采樣電壓，同時電流源IBIAS5在電阻R4上產(chǎn)生一個類似基準(zhǔn)電壓的值，當(dāng)R2上產(chǎn)生的采樣電壓低于R4上設(shè)定的值時，P溝道MOS管M22關(guān)斷，即N溝道MOS管一 103正常向負(fù)載 Source電流；當(dāng)R2上產(chǎn)生的采樣電壓高于R4上設(shè)定的值時，P溝道MOS管M22開始導(dǎo)通， 從而降低N溝道MOS管一 103的柵極電壓，即降低N溝道MOS管一 103向負(fù)載Source的電流值，如此達(dá)到平衡時，Source電流即達(dá)到了限流點不再增加。當(dāng)Sink電流的時候，由于有經(jīng)過電源流向負(fù)載的電流，則輸出電壓Vout會高于靜態(tài)無負(fù)載電流的情況，則誤差放大器102的兩個輸入端基準(zhǔn)電壓VREF小于反饋輸入電壓 FB，此時誤差放大器102的輸出通過P溝道MOS管M9，N溝道MOS管M10，N溝道MOS管Mll 使N溝道MOS管二 108向負(fù)載Sink電流。N溝道MOS管M16采樣通過N溝道MOS管二 108 的電流，并在電阻R3上產(chǎn)生采樣電壓，同時電流源IBIAS7在電阻R5上產(chǎn)生一個類似基準(zhǔn)電壓的值，當(dāng)R3上產(chǎn)生的采樣電壓低于R5上設(shè)定的值時，N溝道MOS管M21關(guān)斷，即N溝道MOS管二 108正常向負(fù)載Sink電流；當(dāng)R3上產(chǎn)生的采樣電壓高于R5上設(shè)定的值時，N 溝道MOS管M21開始導(dǎo)通，從而降低N溝道MOS管二 108的柵極電壓，即降低N溝道MOS管二 108向負(fù)載Sink的電流值，如此達(dá)到平衡時，Sink電流即達(dá)到了限流點不再增加。本發(fā)明輸出端只需一個IOuf的陶瓷電容，即可在輸出電流OA到1. 5A(包括sink 電流和source電流)的條件下穩(wěn)定工作，且實測當(dāng)負(fù)載電流從IOmA突變到1. 5A時，輸出電壓的變化小于20mV，即具有良好的負(fù)載調(diào)整率。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改，變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括基準(zhǔn)電壓源(101) 以及與基準(zhǔn)電壓源(101)相連的誤差放大器(102)，其特征在于，所述誤差放大器(102) 的兩個輸出端分別連接有偏置電路BIASl (103)和偏置電路BIAS2 (104)，所述偏置電路 BIASl (103)的輸出端連接有N溝道MOS管一(105)及其采樣限流電路一(107)，所述偏置電路BIAS2(104)的輸出端連接有N溝道MOS管二(106)及其采樣限流電路二(108)；所述 N溝道MOS管一(105)和N溝道MOS管二(106)的輸出端連接有負(fù)載電路(110)；在所述負(fù)載電路(110)和誤差放大器(10 之間還連接有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(109)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大器(10 的反向輸入端與基準(zhǔn)點電壓源(101)相連；所述偏置電路 BIASl (103)的輸出和N溝道MOS管一(105)的柵極和源級相連；所述偏置電路BIAS2 (104) 的輸出和N溝道MOS管一(106)的柵極相連；所述N溝道MOS管一(105)的漏級接電壓VCC， 且其源級接負(fù)載電路(110)；所述N溝道MOS管二(106)的源極接地，且其漏級接負(fù)載電路 (110)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述采樣限流電路一(107)由采樣管一(107-1)，采樣電阻(107-2)和限流比較器COMPl (107- 組成；所述采樣管一(107-1)的漏級接電源VCC，且其源級和采樣電阻 (107-2)的一端及限流比較器COMPl (107-3)的負(fù)端相連，所述采樣電阻(107-2)的另一端與負(fù)載電路(110)相連；所述限流比較器COMPl (107-3)的正端與一個基準(zhǔn)電壓VREF2相連，所述限流比較器COMPl (107-3)的輸出與N溝道MOS管一(105)的柵極相連；所述采樣限流電路二 (108)由采樣管二(108-1)，采樣電阻(108-2)和限流比較器C0MP2 (108-3)組成；所述采樣管二(108-1)的漏級接負(fù)載電路(110)，且其源級和采樣電阻(108-2)的一端及限流比較器C0MP2(108-;3)的負(fù)端相連，所述采樣電阻(108-2)的另一端與負(fù)載電路 (110)相連；所述限流比較器C0MP2 (108-3)的正端與一個基準(zhǔn)電壓VREF3相連，所述限流比較器C0MP2 (108-3)的輸出與N溝道MOS管二(106)的柵極相連；所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(109) 由補(bǔ)償電容(109-1)和補(bǔ)償電阻(109-2)組成，所述補(bǔ)償電容(109-1) 一端接限流比較器 COMPl (107-3)的負(fù)端，另一端接誤差放大器(102)的正端，所述補(bǔ)償電阻(109-2)的一端接負(fù)載電路(110)，另一端接誤差放大器(102)的正端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大器(10 為高增益具有雙端輸出的運算放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大器由P溝道MOS管Ml，P溝道MOS管M2，N溝道MOS管M3，N溝道MOS 管M4，P溝道MOS管M5，P溝道MOS管M6，電流偏置電路IBASl，電流偏置電路IBAS2，電流偏置電路IBAS3組成。所述電流偏置電路IBIASl和電流偏置電路IBIAS2的一端均接運算放大器的電源VCC， 電流偏置電路IBIASl的另一端與P溝道MOS管Ml的源端相接，電流偏置電路IBIAS2的另一端與電流偏置電路IBIASl的另一端的源端相接，且P溝道MOS管Ml的漏級和P溝道MOS 管M2的漏級一起接地。P溝道MOS管M5的源極和P溝道MOS管M6的源極都接運算放大器的電源VCC，P溝道MOS管M5的柵極和P溝道MOS管M6的柵極相接，且P溝道MOS管M5 的柵極和P溝道MOS管M5的漏極相接，N溝道MOS管M3的漏極與P溝道MOS管M5的漏極相接，N溝道MOS管M3的柵極和P溝道MOS管Ml的源端相接，N溝道MOS管M4的漏極與 P溝道MOS管M6的漏極相接，N溝道MOS管M4的柵極和P溝道MOS管M2的源端相接，且N 溝道MOS管M3的源極和N溝道MOS管M4的源極相接，電流偏置電路IBIAS3的一端接地， 另一端與N溝道MOS管M3的源極和N溝道MOS管M4的源極相接；所述P溝道MOS管Ml的柵極和P溝道MOS管M2的柵極為所述運算放大器的兩個輸入端，且P溝道MOS管Ml的柵極與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(109)的一端相接，P溝道MOS管M2的柵極與基準(zhǔn)電壓源(101)相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述偏置電路BIASl (103)由P溝道MOS管M9，P溝道MOS管M12和電阻Rl組成；所述偏置電路BIAS2 (104)由P溝道MOS管M7，N溝道MOS管M8，N溝道MOS管MlO和N溝道 MOS管Mll組成；所述P溝道MOS管M7的源級接電源VCC，P溝道MOS管M7的柵級接P溝道MOS管M6 和N溝道MOS管M4的漏級，P溝道MOS管M7的漏級與N溝道MOS管M8的漏級相接，且N溝道MOS管M8的柵極和N溝道MOS管M8的漏極相接，N溝道MOS管M8的源極接地；P溝道 MOS管M9的源級接電源VCC，P溝道MOS管M9的柵級接P溝道MOS管M5和N溝道MOS管 M3的漏級，P溝道MOS管M9的漏級與N溝道MOS管MlO的漏極相接，N溝道MOS管MlO的柵極和N溝道MOS管M8的柵極相接，N溝道MOS管MlO的源極和N溝道MOS管Ml 1的漏極相接，N溝道MOS管Mll的柵極和N溝道MOS管MlO的漏極相接，N溝道MOS管Mll的源極接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述限流比較器COMPl (107-3)由電流偏置電路IBIAS4，N溝道MOS管M17，電流偏置電路IBIAS5，N溝道MOS管M18，電阻R4和P溝道MOS管M22組成；所述采樣管一(107-1)由 N溝道MOS管M15組成；所述采樣電阻(107-2)由電阻R2組成；所述電流偏置電路IBIAS4 的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS4的另一端接N溝道MOS管M17的漏極，且N溝道 MOS管M17的柵極和N溝道MOS管M18的漏極相接，N溝道MOS管M17的源極和N溝道MOS 管M15的源極相接，N溝道MOS管M15的漏極接電源VCC，N溝道MOS管M15的柵極和N溝道MOS管一(105)的柵極相接，電阻R2的一端與N溝道MOS管M15的源極相接，電阻R2的另一端和N溝道MOS管一(105)的源極相接，電流偏置電路IBIAS5的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS4的另一端接N溝道MOS管M18的漏極，N溝道MOS管M18的源極和電阻R4 的一端相接，且R4的另一端接N溝道MOS管一(105)的源極，P溝道MOS管M22的源極接電源VCC，P溝道MOS管M22的柵極與N溝道MOS管M18的漏極相接，P溝道MOS管M22的漏極接P溝道MOS管M12的柵極；所述限流比較器C0MP2 (108-3)由電流偏置電路IBIAS6，N溝道MOS管M19，電流偏置電路IBIAS7，N溝道MOS管M19，電阻R5，N溝道MOS管M21組成；所述采樣管一(108-1)由 N溝道MOS管M16組成；所述采樣電阻(108-2)由電阻R3組成；所述電流偏置電路IBIAS6 的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS6的另一端接N溝道MOS管M19的漏極，且N溝道 MOS管M19的柵極和N溝道MOS管M20的柵極相接，N溝道MOS管M19的源極和N溝道MOS 管M16的源極相接，N溝道MOS管M16的柵極和N溝道MOS管二(106)的柵極相接，N溝道MOS管M16的漏極和N溝道MOS管二(106)的漏極相接，電阻R3的一端與N溝道MOS管M16 的源極相接，電阻R3的另一端與地相接，電流偏置電路IBIAS7的一端接電源VCC，電流偏置電路IBIAS7的另一端接N溝道MOS管M20的漏極，且N溝道MOS管M20的漏極和N溝道 MOS管M20的柵極相接，電阻R5的一端與N溝道MOS管M20的源極相接，電阻R5的另一端接地，N溝道MOS管M21的源極接地，N溝道MOS管M21的柵極與N溝道MOS管M19的源極相接，N溝道MOS管M21的漏極接N溝道MOS管M14的柵極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有Sink和Source電流能力的低壓差線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器包括基準(zhǔn)電壓源，誤差放大器，兩個偏置電路，N溝道MOS管一及其采樣和限流電路，N溝道MOS管二及其采樣和限流電路，還有整個線路的補(bǔ)償單元。穩(wěn)壓器的工作原理為，誤差放大器檢測到輸出電阻的連接形式，當(dāng)輸出電阻接到地時，環(huán)路控制使N溝道MOS管一Source電流；當(dāng)輸出電阻接到電源時，環(huán)路控制使N溝道MOS管二Sink電流。本發(fā)明構(gòu)思新穎，使用方便，大的帶載能力使其有較廣的使用范圍。
文檔編號G05F1/56GK102411394SQ20111035465
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者代國定, 楊令, 楊向一, 袁政, 黃沖 申請人:昌芯(西安)集成電路科技有限責(zé)任公司