本發(fā)明涉及電源管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低壓差線性穩(wěn)壓器(lowdropoutregulator,ldo)。

背景技術(shù)：

低壓差線性穩(wěn)壓器具有成本低、輸出電壓穩(wěn)定、低輸出紋波、低噪聲以及無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、汽車電子產(chǎn)品和醫(yī)療儀器設(shè)備中。

圖1為傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器包括誤差放大器ea1、分壓電路、輸出晶體管t。系統(tǒng)通過分壓電路(包括電阻器r2和r3)對(duì)輸出電壓vo進(jìn)行分壓采樣生成反饋電壓vfb。誤差放大器ea1的一個(gè)輸入端接收該反饋電壓vfb，另一輸入端接收參考電壓vref，誤差放大器ea1的輸出端連接輸出晶體管t的柵極。誤差放大器ea1將反饋電壓vfb與參考電壓vref進(jìn)行比較后，將其差值放大后用于驅(qū)動(dòng)輸出晶體管t的柵極。

當(dāng)由于負(fù)載條件或其他條件使得輸出電壓vo發(fā)生變化時(shí)，誤差放大器ea1的輸出電壓也會(huì)隨之改變，進(jìn)而控制輸出晶體管t的導(dǎo)通程度，從而使輸出電壓vo’保持不變。

然而，當(dāng)外部條件變化導(dǎo)致輸出電壓vo變化時(shí)，對(duì)變化的響應(yīng)速度是考察低壓差線性穩(wěn)壓器性能的重要指標(biāo)。例如，在負(fù)載電流發(fā)生急劇變化時(shí)，輸出電壓vo也會(huì)急劇變化，這種變化通過分壓電阻反饋到誤差放大器ea1的輸入端，而誤差放大器ea1的響應(yīng)需要一定的時(shí)間，使得輸出晶體管t的柵極不能很快的響應(yīng)輸出電壓的急劇變化，影響輸出電壓的穩(wěn)定性和低壓差線性穩(wěn)壓器的響應(yīng)特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，具有更快的響應(yīng)速度，能夠快速抑制低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的變化。

基于本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，包括：分壓電路，用于根據(jù)所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓產(chǎn)生反饋電壓；誤差放大器，用于將所述反饋電壓與第一參考電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果從所述誤差放大器的輸出端輸出驅(qū)動(dòng)電壓；輸出晶體管，包括耦接至所述誤差放大器的輸出端的第一端，以及耦接至所述分壓電路并輸出所述輸出電壓的第二端；以及微分電路，接收所述反饋電壓和第二參考電壓，并在其輸出端輸出所述第一參考電壓至所述誤差放大器。

本發(fā)明提供的低壓差線性穩(wěn)壓器具有更快的響應(yīng)速度，能夠快速抑制低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的變化，以保持低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的平穩(wěn)。

附圖說明

圖1是為傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中的低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為輸出晶體管的輸出電流隨時(shí)間變化，現(xiàn)有技術(shù)中低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓、誤差放大器的第一參考電壓和驅(qū)動(dòng)輸出晶體管的電壓隨時(shí)間隨時(shí)間變化，本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器中微分電路與輸出晶體管連接時(shí)輸出電壓、誤差放大器的第一參考電壓以及驅(qū)動(dòng)輸出晶體管的電壓隨時(shí)間變化的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖2所示，圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中的低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。該低壓差線性穩(wěn)壓器包括分壓電路10、誤差放大器ea1、輸出晶體管t和微分電路11。

分壓電路10根據(jù)低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo產(chǎn)生反饋電壓vfb。具體地，分壓電路10包括第二電阻器r2和第三電阻器r3，第二 電阻器r2的第一端與輸出晶體管t的第二端連接，第二電阻器r2的第二端與第三電阻器r3的第一端連接，第三電阻器r3的第二端接地gnd。在本實(shí)施例中，由第二電阻器r2的第二端和第三電阻器r3的第一端輸出反饋電壓vfb，即，以第三電阻器r3的電壓作為反饋電壓vfb。應(yīng)理解，第二電阻器r2和第三電阻器r3的電阻值根據(jù)實(shí)際需要特定設(shè)置。

誤差放大器ea1包括第一輸入端和第二輸入端，分別接收反饋電壓vfb與第一參考電壓vref1，將反饋電壓vfb與第一參考電壓vref1進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果在誤差放大器ea1的輸出端生成電壓vea1，并經(jīng)緩沖器bf緩沖后形成用于驅(qū)動(dòng)晶體管t的驅(qū)動(dòng)電壓vg。具體地，在此實(shí)施方式中，誤差放大器ea1的正相輸入端接收第一參考電壓vref1，誤差放大器ea1的反相輸入端耦接于第二電阻器r2的第二端和第三電阻器r3的第一端之間，以接收反饋電壓vfb。誤差放大器ea1比較反饋電壓vfb與第一參考電壓vref1，并將二者的差值放大后經(jīng)緩沖器緩沖輸出驅(qū)動(dòng)電壓vg，用于驅(qū)動(dòng)輸出晶體管t。

輸出晶體管t的第一端與誤差放大器ea1的輸出端耦接，輸出晶體管t的第二端耦接分壓電路10并輸出輸出電壓vo，即，輸出晶體管t的第二端作為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，輸出晶體管t的第三端作為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端，接收輸入電壓vin。

在本實(shí)施例中，輸出晶體管t可以為n型mos管，輸出晶體管t的第一端為n型mos管的柵極，輸出晶體管t的第二端為n型mos管的源極，輸出晶體管t的第三端為n型mos管的漏極。

應(yīng)理解，在其他實(shí)施例中，輸出晶體管t可以為npn型三極管，輸出晶體管t的第一端為npn型三極管的基極，輸出晶體管t的第二端為npn型三極管的發(fā)射極，輸出晶體管t的第三端為npn型三極管的集電極。

在一些實(shí)施方式中，在圖2所示的低壓差線性穩(wěn)壓器中，誤差放大器ea1的輸出端還可以不通過緩沖器bf而直接與輸出晶體管t的第一端連接，即誤差放大器ea1的輸出端的電壓直接為驅(qū)動(dòng)輸出晶體管t 的驅(qū)動(dòng)電壓vg。

微分電路11分別與分壓電路10和誤差放大器ea1連接，用于接收反饋電壓vfb和第二參考電壓vref2，并通過輸出端輸出的輸出電壓作為第一參考電壓vref1。其中，微分電路11包括誤差放大器ea2(放大器)、第一電容器c1和第一電阻器r1。誤差放大器ea2的正向輸入端接收第二參考電壓vref2，誤差放大器ea2的反向輸入端耦接第一電容器c1的第二端，誤差放大器ea2的輸出端作為微分電路11的輸出端并與誤差放大器ea1的正向輸入端連接，第一電容器c1的第一端作為微分電路11的輸入端并耦接于第二電阻器r2的第二端和第三電阻器r3的第一端之間，以接收反饋電壓vfb，第一電阻器r1耦接在誤差放大器ea2的反向輸入端和輸出端之間。

此外，在一些實(shí)施方式中，在低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端還可以具有第二電容器c2，第二電容器c2的一端連接輸出晶體管t的第二端，另一端接地gnd。第二電容器c2是重要的電荷存儲(chǔ)和提供器件，能有效減小由于負(fù)載電流急劇變化時(shí)輸出電壓的跌落和過沖。

在本實(shí)施方式中，反饋電壓vfb與輸出電壓vo是線性比例關(guān)系，具體如下式所示：

vfb＝vo*r3/(r2+r3)(1)

驅(qū)動(dòng)電壓vg的變化量δvg與第一參考電壓vref1和反饋電壓vfb的差值是線性比例關(guān)系，具體如下式所示：

δvg＝a*[vref1-vfb](2)

其中，a為誤差放大器ea1的放大倍數(shù)，[vref1-vfb]表示第一參考電壓vref1與反饋電壓vfb的差值。

微分電路11輸出的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為具體如下式所示：

其中，上述公式中的vi(t)表示微分電路的輸入電壓，在此實(shí)施方式中，即反饋電壓vfb。vo(t)表示微分電路的輸出端的電壓，在此實(shí)施方式 中，即第一參考電壓vref1。r為第一電阻器r1的電阻值，c為第一電容器c1的電容值。

因此，根據(jù)公式(3)中的微分關(guān)系，微分電路11輸出的輸出電壓(在圖2中該輸出電壓作為第一參考電壓vref1)在其輸入電壓發(fā)生變化時(shí)立即改變，即，微分電路11的輸出電壓對(duì)其輸入電壓的變化非常敏感。

進(jìn)一步地，反饋電壓vfb變化時(shí)，由于反饋電壓vfb耦接微分電路11的反向輸入端，第一參考電壓vref1的變化與反饋電壓vfb的變化相反。對(duì)誤差放大器ea1，由于第一參考電壓vref1和反饋電壓vfb分別作為誤差放大器ea1的兩個(gè)輸入，因而，與現(xiàn)有技術(shù)中第一參考電壓vref1為固定值的情況相比，根據(jù)公式(2)，本實(shí)施方式增強(qiáng)了誤差放大器ea1的輸出電壓的變化，即使驅(qū)動(dòng)電壓vg的變化更為明顯，因而增強(qiáng)了對(duì)輸入電壓vo的補(bǔ)償作用，從而更快的抑制輸出電壓vo的變化，維持輸出電壓vo的穩(wěn)定。

下面結(jié)合圖2和圖3對(duì)該低壓差線性穩(wěn)壓器的工作原理進(jìn)行說明。

圖3為輸出晶體管的輸出電流io隨時(shí)間變化時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)(例如圖1所示的低壓差線性穩(wěn)壓器)中低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo’、誤差放大器的第一參考電壓vref1’和驅(qū)動(dòng)輸出晶體管t的電壓vg’隨時(shí)間變化，以及本發(fā)明中低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo、誤差放大器的第一參考電壓vref1以及驅(qū)動(dòng)輸出晶體管t的電壓vg隨時(shí)間變化的示意圖。

具體地，在時(shí)間t1之前，輸出電壓vo處于穩(wěn)定狀態(tài)，誤差放大器ea1的兩個(gè)輸入端分別接收的反饋電壓vfb與第一參考電壓vref1相等，此時(shí)，其輸出的用于驅(qū)動(dòng)輸出晶體管t的驅(qū)動(dòng)電壓vg為取決于負(fù)載電流(即輸出電流)io的一個(gè)初始固定值vinitial。在低壓差線性穩(wěn)壓器連接的負(fù)載確定的情況下，該初始固定值vinitial為確定值。在負(fù)載rl發(fā)生變化而導(dǎo)致輸出電壓vo發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)由誤差放大器ea1后形成的驅(qū)動(dòng)電壓vg為其初始固定電壓vinitial加上其變化量δvg。同樣的，輸出電壓vo處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，微分電路11接收到的反饋電壓vfb與第二參考電壓vref2相等，其輸出端的第一參考電壓vref1也與反饋電壓vfb和第二參考 電壓vref2相等。此時(shí)，輸出晶體管t的驅(qū)動(dòng)電壓vg的變化值δvg為0。

從時(shí)間t1開始，輸出晶體管t的輸出電流io逐漸下降，輸出電壓vo由穩(wěn)定狀態(tài)開始上升，反饋電壓vfb也成比例地上升。在本實(shí)施方式中，由于微分電路11中誤差放大器ea2的反向輸入端接收反饋電壓vfb，因此微分電路11輸出端的第一參考電壓vref1迅速下降。對(duì)誤差放大器ea1而言，其正向輸入端的第一參考電壓vref1迅速下降，而其反向輸入端的反饋電壓vfb上升，根據(jù)誤差放大器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓vg的變化量δvg與第一參考電壓vref1和反饋電壓vfb的關(guān)系(即，公式(2))，因而，驅(qū)動(dòng)電壓vg以更大幅度的劇烈下降，如圖3所示。而在現(xiàn)有技術(shù)中，誤差放大器ea1所接收的第一參考電壓vref1為與反饋電壓vfb相等的固定值，在輸出電壓vo上升的過程中，誤差放大器輸入端的第一參考電壓vref1保持恒定值，只有反饋電壓vfb上升，因而驅(qū)動(dòng)電壓vg’下降速率小于本實(shí)施方式中的驅(qū)動(dòng)電壓vg。

由于在本實(shí)施方式中輸出晶體管t的驅(qū)動(dòng)電壓vg以更快的速率更大幅度下降，因而驅(qū)動(dòng)電壓vg使得輸出晶體管t的導(dǎo)通程度迅速變小甚至截止，因而本發(fā)明中的輸出電壓vo與現(xiàn)有技術(shù)中不包含微分電路時(shí)的輸出電壓vo’相比，以更緩慢的速率上升，即本發(fā)明中輸出電壓vo的變化受到了更明顯的抑制。

到時(shí)間t2，輸出電壓vo的值達(dá)到最大電壓值后開始向穩(wěn)定狀態(tài)回落，從圖3可以看出，在時(shí)間t1至t2期間，在微分電路11和誤差放大器ea1的共同作用下，本實(shí)施方式中的輸出電壓vo比現(xiàn)有技術(shù)中輸出電壓vo’以更緩慢的速率并且更早地上升到其最高值，之后開始向穩(wěn)定狀態(tài)回落。而現(xiàn)有技術(shù)中，直至?xí)r間t3，輸出電壓vo’才能上升到其最高值，之后才開始向穩(wěn)定狀態(tài)回落，且輸出電壓vo’上升的最高值也高于輸出電壓vo上升的最高值。顯然，本實(shí)施方式中輸出電壓vo的變化受到了更明顯更快的抑制。

到時(shí)間t4，輸出電壓vo恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，相比現(xiàn)有技術(shù)中需要在時(shí)間t5輸出電壓vo’才恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，本發(fā)明的輸出電壓vo能夠更加快速地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，大大地降低了電路的響應(yīng)時(shí)間。

從時(shí)間t6開始，輸出晶體管t的輸出電流io逐漸上升，輸出電壓vo由穩(wěn)定狀態(tài)開始下降，反饋電壓vfb也成比例地下降。在本實(shí)施方式中，由于微分電路11中誤差放大器ea2的反向輸入端接收反饋電壓vfb，因此微分電路11輸出端的第一參考電壓vref1迅速上升。對(duì)誤差放大器ea1而言，其正向輸入端的第一參考電壓vref1迅速上升，而其反向輸入端的反饋電壓vfb下降，根據(jù)經(jīng)由誤差放大器后形成的驅(qū)動(dòng)電壓vg的變化量δvg與第一參考電壓vref1和反饋電壓vfb的關(guān)系(即，公式(2))，因而，驅(qū)動(dòng)電壓vg以更大幅度的劇烈上升，如圖3所示。而在現(xiàn)有技術(shù)中，誤差放大器ea1所接收的第一參考電壓vref1為與反饋電壓vfb相等的固定值，在輸出電壓vo上升的過程中，誤差放大器輸入端的第一參考電壓vref1保持恒定值，只有反饋電壓vfb下降，因而驅(qū)動(dòng)電壓vg’上升速率小于本實(shí)施方式中的驅(qū)動(dòng)電壓vg。

由于在本實(shí)施方式中輸出晶體管t的驅(qū)動(dòng)電壓vg以更快的速率更大幅度上升，因而驅(qū)動(dòng)電壓vg使得輸出晶體管t的導(dǎo)通程度迅速變大，使得輸出晶體管t的第二端的電流增加，從而更大程度的向上拉升正在逐漸下降的輸出電壓vo，限制輸出電壓vo的進(jìn)一步下降。本發(fā)明中的輸出電壓vo與現(xiàn)有技術(shù)中不包含微分電路時(shí)的輸出電壓vo’相比，以更緩慢的速率下降，即本發(fā)明中輸出電壓vo的變化受到了更明顯的抑制。

到時(shí)間t7，輸出電壓vo的值達(dá)到最小電壓值后開始向穩(wěn)定狀態(tài)回升，從圖3可以看出，在時(shí)間t6至t7期間，在微分電路11和誤差放大器ea1的共同作用下，本實(shí)施方式中的輸出電壓vo相比現(xiàn)有技術(shù)中輸出電壓vo’以更緩慢的速率并且更早地下降到其最低值，之后開始向穩(wěn)定狀態(tài)回升。而現(xiàn)有技術(shù)中，直至?xí)r間t8，輸出電壓vo’才能下降到其最低值，之后才開始向穩(wěn)定狀態(tài)回升，且輸出電壓vo’下降的最低值也低于輸出電壓vo下降的最低值。顯然，本實(shí)施方式中輸出電壓vo的變化受到了更明顯更快的抑制。

到時(shí)間t9，輸出電壓vo恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，相比現(xiàn)有技術(shù)中需要在時(shí)間t10輸出電壓vo’才恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，本發(fā)明的輸出電壓vo能夠更加快速地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，大大地降低了電路的響應(yīng)時(shí)間。

因此，本發(fā)明在誤差放大器之前增加微分電路，使得誤差放大器的參考電壓與反饋電壓相反地變化，從而增強(qiáng)了輸出晶體管t的驅(qū)動(dòng)電壓的變化，因此能更快速的對(duì)輸出電壓的變化進(jìn)行響應(yīng)，快速抑制低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的變化，能夠有效保持低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的平穩(wěn)。

以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。