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

背景技術：

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，因此被廣泛應用于通信設備、汽車電子產品和醫(yī)療儀器設備中。

圖1為傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器結構的示意圖。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r2和r3)對輸出電壓vo’進行分壓采樣生成反饋電壓vfb。誤差放大器ea1的一個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進行比較后，將其差值放大后用于驅動輸出晶體管t的柵極。

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

然而，當外部條件變化導致輸出電壓vo’變化時，對變化的響應速度是考察低壓差線性穩(wěn)壓器性能的重要指標。例如，在負載條件由重載變化到輕負載或無負載時，負載電流中斷或急劇下降，輸出電壓vo’急劇上升，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的響應需要一定的時間，使得輸出晶體管t的柵極不能很快的響應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)壓器的響應特性。

技術實現(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)明的實施方式，本發(fā)明提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，包括：分壓電路，用于根據所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓產生反饋電壓；誤差放大器，用于將所述反饋電壓與參考電壓進行比較，并根據比較結果從所述誤差放大器的輸出端輸出第一電壓；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；微分電路，接收所述反饋電壓和所述參考電壓，在其輸出端處生成第二電壓；檢測電路，用于在檢測到所述第二電壓超出預定的電壓范圍時，在其輸出端輸出第三電壓；以及放電晶體管，包括耦接至所述檢測電路的輸出端的第一端，耦接至所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端的第二端，以及耦接至接地電壓的第三端，其中，當所述放電晶體管的第一端接收到所述第三電壓時，所述放電晶體管導通。

基于本發(fā)明的實施方式，本發(fā)明還提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，包括分壓電路、第一負反饋回路、第二負反饋回路以及輸出晶體管，其中，所述分壓電路，用于根據所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓產生反饋電壓；所述第一負反饋回路，包含誤差放大器，接收所述反饋電壓和參考電壓，并將所述反饋電壓和所述參考電壓進行比較，生成第一電壓進行驅動所述輸出晶體管；所述第二負反饋回路，包括微分電路、檢測電路和放電晶體管，所述微分電路接收所述反饋電壓和所述參考電壓，生成第二電壓，當所述檢測電路檢測到所述第二電壓超出預定的電壓范圍時，使得所述放電晶體管導通；以及所述輸出晶體管，其第一端耦接所述誤差放大器的輸出端，用于接收所述第一電壓，其第二端作為所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，耦接所述分壓電路和所述輸出晶體管。

本發(fā)明提供的低壓差線性穩(wěn)壓器具有更快的響應速度，在低壓差線 性穩(wěn)壓器的負載條件由重載變化到輕負載或無負載時，能夠快速抑制低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的急劇上升，以保持低壓差線性穩(wěn)壓器的負載條件由重載變化到輕負載或無負載時輸出電壓的平穩(wěn)。

附圖說明

圖1是為傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器結構的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施方式中的低壓差線性穩(wěn)壓器的結構示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術中低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo’隨時間變化，以及本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器中的輸出電壓vo隨時間變化而變化的示意圖。

具體實施方式

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)明一實施方式中的低壓差線性穩(wěn)壓器的結構示意圖。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t1、微分電路11、檢測電路12、放電晶體管t2和電流源is。

分壓電路10根據低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo產生反饋電壓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t1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。應理解，第二電阻器r2和第三電阻器r3的電阻值根據實際需要特定設置。

誤差放大器ea1用于將反饋電壓vfb與參考電壓vref進行比較，并根據比較結果從誤差放大器ea1的輸出端輸出第一電壓v1。其中，誤差放大器ea1的正相輸入端接收參考電壓vref，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。具體地，誤差放大器ea1比較反饋電壓vfb與參考電 壓vref，并將二者的差值放大后輸出第一電壓v1，用于驅動輸出晶體管t1。

輸出晶體管t1的第一端與誤差放大器ea1的輸出端連接，輸出晶體管t1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t1的第二端作為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，輸出晶體管t1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。

在本實施例中，輸出晶體管t1可以為n型mos管，輸出晶體管t1的第一端為n型mos管的柵極，輸出晶體管t1的第二端為n型mos管的源極，輸出晶體管t1的第三端為n型mos管的漏極。

應理解，在其他實施例中，輸出晶體管t1可以為npn型三極管，輸出晶體管t1的第一端為npn型三極管的基極，輸出晶體管t1的第二端為npn型三極管的發(fā)射極，輸出晶體管t1的第三端為npn型三極管的集電極。

在一些實施方式中，在圖2所示的低壓差線性穩(wěn)壓器，還可以包括緩沖器bf，耦接于誤差放大器ea1的輸出端與輸出晶體管t1的第一端之間，用于對第一電壓v1進行緩沖。其中，緩沖器bf為正向緩沖器。

在其他實施方式中，緩沖器bf為反向緩沖器，此時誤差放大器ea1的反向輸入端接收參考電壓vref，誤差放大器ea1的正向輸入端接收反饋電壓vfb。

微分電路11與分壓電路10連接，用于接收反饋電壓vfb和參考電壓vref，并通過輸出端輸出第二電壓v2。其中，微分電路11包括誤差放大器ea2(即放大器)、第一電容器c1和第一電阻器r1。誤差放大器ea2的正向輸入端作為該微分電路11的一個輸入端接收參考電壓vref，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，第一電容器c1的第一端作為微分電路11的另一輸入端，用于接收反饋電壓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。

檢測電路12與微分電路11的輸出端連接，當檢測電路12檢測到微分電路11的輸出端所輸出的第二電壓v2超出預定的電壓范圍時，在 其輸出端輸出第三電壓v3。該第三電壓可以控制使得放電晶體管t2導通，對輸出電壓vo進行放電。應理解，預定的電壓范圍為用戶設定的值，可以根據實際情況而定。值得注意的是，對于檢測電路12具體的實現(xiàn)，本申請中并不詳細描述，只要能夠實現(xiàn)相同或類似的功能，本領域技術人員可以根據本領域中常用的電路自由設置檢測電路12電路的具體實現(xiàn)方式。

放電晶體管t2的第一端耦接檢測電路12的輸出端，其第二端耦接低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端。電流源is的第一端與放電晶體管t2的第三端連接，第二端接地gnd。

在本實施例中，第三電壓v3優(yōu)選為高電平，放電晶體管t2為n型mos管。此時放電晶體管t2的第一端為n型mos管的柵極，放電晶體管t2的第二端為n型mos管的源極，放電晶體管t2的第三端為n型mos管的漏極。又或者放電晶體管t2為npn型三極管，放電晶體管t2的第一端為npn型三極管的基極，放電晶體管t2的第二端為npn型三極管的發(fā)射極，放電晶體管t2的第三端為npn型三極管的集電極。

在一些實施例中，使放電晶體管t2導通的第三電壓v3也可以為低電平，放電晶體管t2為p型mos管。此時放電晶體管t2的第一端為p型mos管的柵極，放電晶體管t2的第二端為p型mos管的漏極，放電晶體管t2的第三端為p型mos管的源極。又或者放電晶體管t2為pnp型三極管，放電晶體管t2的第一端為pnp型三極管的基極，放電晶體管t2的第二端為pnp型三極管的集電極，放電晶體管t2的第三端為pnp型三極管的發(fā)射極。

此外，在一些實施方式中，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是重要的電荷存儲和提供器件，能有效減小由于負載電流急劇變化時輸出電壓的跌落和過沖。

從圖2可以看出，誤差放大器ea1、輸出晶體管t1和分壓電路10組成第一反饋回路，微分電路11、檢測電路12、放電晶體管t2、電流 源is和分壓電路10組成與第一反饋回路并行的第二反饋回路。

在本實施方式中，反饋電壓vfb與輸出電壓vo是線性比例關系，具體如下式所示：

vfb＝vo*r3/(r2+r3)(1)

微分電路11輸出端的輸出電壓與輸入電壓之間的關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，在此實施方式中，即第二電壓v2。r為第一電阻器r1的電阻值，c為第一電容器c1的電容值。

在低壓差線性穩(wěn)壓器的負載條件由重載變化到輕負載或無負載時，輸出電流io急劇下降，輸出電壓vo急劇上升，反饋電壓vfb成比例的急劇上升?；谏纤龅墓?2)，微分電路11的輸出電壓與其輸入電壓存在微分關系，因而微分電路11的輸出電壓在其輸入電壓發(fā)生變化時立即改變，即，微分電路11的輸出電壓對其輸入電壓的變化非常敏感。從而，微分電路11的輸出電壓v2可以非常快速的對反饋電壓vfb的變化進行響應。

在本實施方式中，當輸出電壓vo急劇上升時，放電晶體管t2會導通，直接對輸出晶體管t1的輸出端進行放電，快速拉低急劇上升的輸出電壓vo，大幅降低了現(xiàn)有技術中輸出電壓vo通過第一負反饋回路而逐漸回復到穩(wěn)定狀態(tài)的時間。

下面結合圖2和圖3對該低壓差線性穩(wěn)壓器的工作原理進行說明。圖3為現(xiàn)有技術中低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo’隨時間變化，以及本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器中的輸出電壓vo隨時間變化而變化的示意圖。

具體地，當?shù)蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的初始負載條件為重載，且輸出電壓vo處于穩(wěn)定狀態(tài)時，誤差放大器ea1的兩個輸入端分別接收的反饋電壓vfb和參考電壓vref相等，此時，其輸出的第一電壓v1為取決于負載 電流(即輸出電流)io的一個固定值vinitial。在該低壓差線性穩(wěn)壓器連接的負載確定的情況下，該電壓vinitial為確定值。在輸出電壓vo發(fā)生變化時，誤差放大器ea1輸出的第一電壓v1為其固定電壓vinitial加上其變化量δv1。

同樣的，輸出電壓vo處于穩(wěn)定狀態(tài)時，微分電路11接收到的反饋電壓vfb與參考電壓vref相等，其輸出端的第二電壓v2與反饋電壓vfb和參考電壓vref相等。此時，檢測電路12檢測到第二電壓v2的變化為零，即第二電壓v2沒有超出預定的電壓范圍，放電晶體管t2保持不導通狀態(tài)。也就是說，當輸出電壓vo處于穩(wěn)定狀態(tài)時，第二反饋回路處于斷開狀態(tài)，即，在正常工作時，微分電路11與低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓vo是隔離的。

當在時間t1，低壓差線性穩(wěn)壓器的負載條件由重載變化到輕負載或無負載時，輸出電壓vo由穩(wěn)定狀態(tài)急劇上升，反饋電壓vfb成比例地急劇上升。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，如圖3所示，微分電路11的第二電壓v2迅速下降。若在時間t2，檢測電路12檢測到第二電壓v2低于電壓閾值vth1，檢測電路12輸出使得放電晶體管t2導通的第三電壓v3，放電晶體管t2導通，電流源is開始對輸出晶體管t1的輸出端進行放電。因而，從時間t2開始，在電流源is放電作用下，與現(xiàn)有技術輸出電壓vo’隨時間變化相比，本實施方式中，輸出電壓vo的上升速率變緩，即vo的變化受到了抑制。

到時間t3，輸出電壓vo的值達到最大值后開始向穩(wěn)定狀態(tài)回落。從圖3可以看出，在時間t2至時間t4期間，檢測電路12檢測到第二電壓v2低于電壓閾值vth1，檢測電路12輸出使得放電晶體管t2導通的第三電壓v3，放電晶體管t2在時間t2至t4期間處于導通狀態(tài)，電流源is對輸出晶體管t1的輸出端進行放電。在vo向穩(wěn)定狀態(tài)回落的時間t3至t4期間，在放電晶體管t2和電流源is的作用下，本實施方式中的輸出電壓vo比現(xiàn)有技術中輸出電壓vo’，以更快的速率下降并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

因而，當負載條件由重載變化到輕負載或無負載時，輸出電壓vo 由穩(wěn)定狀態(tài)急劇上升，從圖3可以看出，在時間t1至時間t2期間，檢測12檢測到微分電路11輸出的第二電壓v2并未低于第一閾值，放電晶體管t2處于不導通狀態(tài)，因此本實施方式中輸出電壓vo與現(xiàn)有技術技術中的輸出電壓vo’以相同的速率上升。時間t2至t4期間，第二電壓v2低于第一閾值vth1，檢測電路12輸出使得放電晶體管t2導通的第三電壓v3，放電晶體管t2導通，電流源is對輸出晶體管t1的輸出端進行放電，從而本實施方式中的輸出電壓vo比現(xiàn)有技術中輸出電壓vo’以更緩慢的速度上升且以更快的速度下降，即更快的趨于穩(wěn)定狀態(tài)值。因而本實施方式中，輸出電壓vo從能夠更快地恢復到穩(wěn)定狀態(tài)，大大地降低了電路的響應時間。

其中，電壓閾值vth1是根據輸出電壓vo的允許變化范圍而設定的，其值的大小由用戶根據需要設定的值，可以根據用戶要求具體設定。

因此，通過包含微分電路的第二反饋回路形成負反饋，在低壓差線性穩(wěn)壓器的負載條件由重載變化到輕負載或無負載時，能更快速的對輸出電壓的急劇上升進行響應，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)壓器的負載條件由重載變化到輕負載或無負載時輸出電壓的平穩(wěn)。并且在穩(wěn)定狀態(tài)下，第二反饋回路斷開與輸出晶體管的連接，微分電路與輸出電路相隔離，避免了對輸出電壓的干擾。

以上僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。