本發(fā)明涉及到集成電路開關電源技術領域，尤其是涉及一種基于負載供電的升壓電源LDO供電系統(tǒng)。

背景技術：

如今，可移動電子設備已廣泛應用到生活領域和工業(yè)領域之中，電源集成電路作為電子設備技術發(fā)展的前提已成為整個集成電路研究的熱點。大多數(shù)可移動電子設備采用電池對設備進行供電，由于某些可移動電子設備所需要的充電電壓遠高于電池的供電電壓，這為集成升壓轉(zhuǎn)換電路提供了廣闊的市場需求。

移動設備從便攜性角度考慮，需要電源的體積和質(zhì)量相對較小。但移動設備又需要較好的續(xù)航性，這需要電源能量大，能長時間給設備供電。這兩點要求電源同時具有小體積和高能量的特點，即電源要有很高的轉(zhuǎn)換效率。并且，不同設備所需的供電電壓也各不相同，部分設備需要較高的輸入電壓(10V以上)。僅用鋰電池供電顯然無法滿足有高輸入電壓需求的設備供電要求，這些設備需要專用的電源。

線性低壓差穩(wěn)壓電路(Low Dropout Regulator,LDO)是一種低功耗、低噪聲且高電源抑制比的新一代集成電路穩(wěn)壓器，實現(xiàn)降壓功能，得到輸出電壓VDD給芯片各個模塊供電。

一般的線性低壓差穩(wěn)壓電路是由輸入產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓給系統(tǒng)其它模塊供電，滿足用戶的要求。但是隨著集成電路的發(fā)展，以及應用的不同，降低功耗和提高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)成了比較關切的問題。因而存在負載供電方式線性低壓差穩(wěn)壓電路的需要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于負載供電的升壓電源LDO供電系統(tǒng)，使得芯片工作更高效，功耗更低，同時也起到隔離電源的作用。

本發(fā)明公開的技術方案包括：

提供了一種基于負載供電的升壓電源LDO供電系統(tǒng)，其特征在于，包括：供電模塊：供電模塊為LDO功能模塊供電，IN1和IN2只有一端輸入供電，不能同時供電，肖特基二極管D1和D2保證了這個功能，且肖特基二極管面積也要滿足一定的要求，保證充足的供電電流；LDO功能模塊：LDO功能模塊包括運算放大電路(10)和共源級放大電路(30)，實現(xiàn)一個線性低壓差穩(wěn)壓電路功能，為BOOST模塊提供電源VDD，其中共源級放大電路的輸出端VDD通過電阻R1與運算放大器電路的正向輸入端inp連接在一起，用于為所述運算放大器電路提供從輸入到輸出的反饋環(huán)路，并實現(xiàn)共源級放大電路的輸出與運算放大器電路的輸入形成線性跟隨關系；供電模塊和LDO功能模塊一起組成LDO電路，BOOST模塊產(chǎn)生負載輸出OUT，反饋到供電模塊，接到供電模塊輸入端IN2,實現(xiàn)一個完整的負載供電LDO供電系統(tǒng)。

本發(fā)明的一個實例中，所述供電電路包括第一肖特基二極管D1、第二肖特基二極管D2、第一場效應管PM1和第三電阻R3，其中：所述第一肖特基二極管D1的陽極連接到芯片輸入IN，第一肖特基二極管D1的陰極極連接到所述第一場效應管PM1的源極；所述第二肖特基二極管D2的陽極連接到芯片負載輸出OUT，第二肖特基二極管D2的陰極極連接到所述第一場效應管PM1的源極；所述第一場效應管PM1的柵端和漏端連接到一起構成二極管連接方式，連接到第三電阻R3的一端；所述第三電阻R3的另一端連接到所述運算放大器電路的輸出端op_out和所述共源級放大電路的第二場效應管PM2的柵極。

本發(fā)明的一個實例中，所述共源級放大電路包括第二場效應管PM2、第一電阻R1、第二電阻R2、第一補償電容C1、第二負載電容C2，其中：所述第二場效應管PM2的源端連接到所述供電電路的第一肖特基二極管D1和第二肖特基二極管D2的陰極Vin,所述第二場效應管PM2的柵端連接到所述運算放大器電路的輸出端op_out，所述第二場效應管PM2的漏端連接到所述第一電阻R1、第一補償電容C1和第二負載電容C2的公共端成為輸出端VDD；所述第一電阻R1和第二電阻R2串聯(lián)，第一電阻R1和第一補償電容C1并聯(lián)，所述第一電阻R1、第二電阻R2和第一補償電容C1的公共連接端接到所述運算放大器電路的正向輸入端inp；所述第二電阻R2的另一端接地；所述第二負載電容C2的另一端接地。

本發(fā)明的一個實例中，所述運算放大器電路包括第三場效應管PM3、第四場效應管PM4、第五場效應管PM5、第六場效應管PM6、第七場效應管NM1、第八場效應管NM2、第九場效應管NM3、第十場效應管NM4，其中：所述第三場效應管PM3的柵極和第四場效應管PM4的柵極連接在一起，所述第三場效應管PM3的源極接到高電位端Vin，所述第三場效應管PM3的漏極接到所述第五場效應管PM5的源極，并且連接到所述運算放大器電路的輸出端op_out；所述第四場效應管PM4的源極接到高電位端Vin，所述第四場效應管PM4的柵極和漏級接到一起連接到所述第六場效應管PM6的源極；所述第五場效應管PM5的柵極和第六場效應管PM6的柵極連接在一起，外接到一個偏置電位pbias,所述第五場效應管PM5的漏極接到所述第七場效應管NM1的漏極和第八場效應管NM2的漏極；所述第六場效應管PM6的漏極接到所述第九場效應管NM3的漏極；所述第七場效應管NM1的柵極接到所述運算放大器電路的反向輸入端inn1，所述第七場效應管NM1的源極和第八場效應管NM2的源極、第九場效應管NM3的源極連接到一起，接到所述第十場效應管NM4的漏極；所述第八場效應管NM2的柵極接到所述運算放大器電路的反向輸入端inn2；所述第九場效應管NM3的柵極接到所述運算放大器電路的正向輸入端inp；所述第十場效應管NM4的柵極外接到一個偏置電位nbias,所述第十場效應管NM4的源極接地。

本發(fā)明的實例中，芯片上電時由輸入端IN供電，產(chǎn)生一個輸出電壓，隨后芯片的其它模塊開始工作。因為應用在BOOST電路中，負載輸出OUT電位要高于系統(tǒng)輸入IN電位，進而由芯片負載輸出端OUT供電，產(chǎn)生一個新的輸出電壓。運算放大器電路10和供電電路20實現(xiàn)了供電切換功能。供電切換可以讓芯片工作更高效，靜態(tài)電流更小，節(jié)約電能，大大的減小芯片的消耗。負載供電可以讓輸出電壓更穩(wěn)定，各模塊工作更高效穩(wěn)定，避免了因為輸入不穩(wěn)定導致的輸出電壓容易波動的缺點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的基于負載供電的升壓電源LDO供電系統(tǒng)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的基于負載供電的升壓電源LDO電路的結構示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例的運算放大器電路的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的基于負載供電的升壓電源LDO電路具體結構。

圖2為本發(fā)明一個實施例的基于負載供電的升壓電源LDO電路的結構示意圖。

如圖2所示，本發(fā)明一些實施例中，一種基于負載供電的升壓電源LDO電路包括運算放大器電路10、供電電路20和共源級放大電路30。

運算放大器電路10包括正向輸入端inp、反向輸入端inn1、反向輸入端inn2和輸出端op_out，運算放大器電路的兩個反向輸入端inn1和inn2只有一個會輸入進來，并且所述運算放大器電路10使所述正向輸入端inp的電壓和所述反向輸入端的一端inn1或者inn2的電壓相等(例如，近似相等，本文中，當談及電壓相等時，不嚴格限制電壓必須完全相等，而是兩個電壓之間的差在一定誤差范圍內(nèi)時仍然包含在本文中的“相等”范圍內(nèi))；供電電路20，所述供電電路20為運算放大器電路10和共源級放大電路30供電，IN和OUT只有一端為電路供電，不能同時工作，肖特基二極管D1和D2保證了這個功能；共源級放大電路30，所述共源級放大電路30的輸入端連接到所述運算放大器電路10的輸出端op_out，通過電阻分壓得到輸出電壓VDD。其中共源級放大電路30的輸出端VDD通過電阻R1與運算放大器電路10的正向輸入端inp連接在一起，用于為所述運算放大器電路10提供從輸入到輸出的反饋環(huán)路，并實現(xiàn)共源級放大電路30的輸出與運算放大器電路10的輸入形成線性跟隨關系。

如圖2所示，本發(fā)明的一些實施例中，供電電路20包括第一肖特基二極管D1、第二肖特基二極管D2、第一場效應管PM1和第三電阻R3。

第一肖特基二極管D1的陽極連接到芯片輸入IN，第一肖特基二極管D1的陰極連接到所述第一場效應管PM1的源極；所述第二肖特基二極管D2的陽極連接到芯片負載輸出OUT，第二肖特基二極管D2的陰極極連接到所述第一場效應管PM1的源極；兩個二極管的陰極連接在一起給圖一實例中的運算放大器電路10提供電源Vin；所述第一場效應管PM1的柵端和漏端連接到一起構成二極管連接方式，連接到第三電阻R3的一端；所述第三電阻R3的另一端連接到所述運算放大器電路10的輸出端op_out和所述共源級放大電路30的第二場效應管PM2的柵極。

如圖2所示，本發(fā)明的一些實施例中，共源級放大電路30包括第二場效應管PM2、第一電阻R1、第二電阻R2、第一補償電容C1、第二負載電容C2，其中：所述第二場效應管PM2的源端連接到所述供電電路20的第一肖特基二極管D1和第二肖特基二極管D2的陰極Vin,所述第二場效應管PM2的柵端連接到所述運算放大器電路10的輸出端op_out，所述第二場效應管PM2的漏端連接到所述第一電阻R1、第一補償電容C1和第二負載電容C2的公共端成為輸出端VDD；所述第一電阻R1和第二電阻R2串聯(lián)，第一電阻R1和第一補償電容C1并聯(lián)，所述第一電阻R1、第二電阻R2和第一補償電容C1的公共連接端接到所述運算放大器電路10的正向輸入端inp；所述第二電阻R2的另一端接地；所述第二負載電容C2的另一端接地。

在這些實施例中，R1和R2的阻值比例可以任意調(diào)節(jié)，得到所需要的VDD。第二場效應管PM2的漏端會走很大的電流，因此第二場效應管PM2的寬長比要很大。第一場效應管PM1和第三電阻R3兩端的壓差(Vin—op_out)為第二場效應管PM2的源極—柵極之差Vgs1,設置第一場效應管PM1的寬長比和第三電阻R3的阻值可以讓第二場效應管PM2工作在飽和區(qū)。

如圖3所示，本發(fā)明的一些實例中，運算放大器電路10包括第三場效應管PM3、第四場效應管PM4、第五場效應管PM5、第六場效應管PM6、第七場效應管NM1、第八場效應管NM2、第九場效應管NM3、第十場效應管NM4，其中：所述第三場效應管PM3的柵極和第四場效應管PM4的柵極連接在一起，所述第三場效應管PM3的源極接到高電位端Vin，所述第三場效應管PM3的漏極接到所述第五場效應管PM5的源極，并且連接到所述運算放大器電路10的輸出端op_out；所述第四場效應管PM4的源極接到高電位端Vin，所述第四場效應管PM4的柵極和漏級接到一起連接到所述第六場效應管PM6的源極；所述第五場效應管PM5的柵極和第六場效應管PM6的柵極連接在一起，外接到一個偏置電位pbias,所述第五場效應管PM5的漏極接到所述第七場效應管NM1的漏極和第八場效應管NM2的漏極；所述第六場效應管PM6的漏極接到所述第九場效應管NM3的漏極；所述第七場效應管NM1的柵極接到所述運算放大器電路10的反向輸入端inn1，所述第七場效應管NM1的源極和第八場效應管NM2的源極、第九場效應管NM3的源極連接到一起，接到所述第十場效應管NM4的漏極；所述第八場效應管NM2的柵極接到所述運算放大器電路10的反向輸入端inn2；所述第九場效應管NM3的柵極接到所述運算放大器電路10的正向輸入端inp；所述第十場效應管NM4的柵極外接到一個偏置電位nbias,所述第十場效應管NM4的源極接地。

本發(fā)明的實例中，運算放大器電路10中的兩個偏置電位由普通的偏置電路產(chǎn)生就不在贅述，電源Vin由供電電路20提供，不同的供電端輸入會產(chǎn)生不同的電源Vin。第七場效應管NM1、第八場效應管NM2不會同時工作，根據(jù)柵極輸入決定。因為共源級放大電路30提供了反饋回路，使得運算放大器電路10滿足虛短條件，即運算放大器電路10工作在負反饋環(huán)路中且開環(huán)增益很大，從而實現(xiàn)運算放大器電路10的正相輸入端和反向輸入端的電壓相等，同時也使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

本發(fā)明的實例中，芯片上電時由外加輸入端IN1供電，隨后芯片的其它模塊開始工作。因為應用在BOOST電路中，負載輸出IN2電位要高于系統(tǒng)輸入IN1電位，進而供電模塊切換到負載輸出IN2供電。供電模塊、LDO功能模塊和BOOST模塊一起實現(xiàn)了供電自動切換功能。供電切換可以讓芯片工作更高效，靜態(tài)電流更小，節(jié)約電能，大大的減小芯片的消耗。

下面簡要說明本發(fā)明實施例的電路的工作原理。

例如，圖2所示的實施例中，當芯片開始上電時，芯片由IN輸入，給電路供電，芯片其他模塊還未啟動，即只有一個inn1輸入到運算放大器電路10，由運算放大器電路10的正相輸入端和反向輸入端的電壓相等以及電阻分壓關系，產(chǎn)生一個穩(wěn)壓輸出VDD1，即：

$VDD1=(1+\frac{R1}{R2})\×inp---\left(1\right)$

其中，此時運算放大器電路10的正相輸入端inp的電壓與反向輸入端inn1的電壓相等。

當VDD1穩(wěn)定以后，可以驅(qū)動系統(tǒng)一些模塊進行工作，比如帶隙基準模塊，然后芯片輸出OUT會緩慢抬升到設定的值，然后OUT輸入到供電電路20，因為是應用在升壓電路中，所以負載輸出OUT肯定比IN高。二極管的正向?qū)ㄌ匦允沟么藭rIN供電端被斷路，由負載OUT給電路供電。運算放大器電路10的另一個反向輸入端inn2連接到帶隙基準模塊輸出，一般設定為1.25V，產(chǎn)生一個新的穩(wěn)壓輸出VDD2，即：

$VDD2=(1+\frac{R1}{R2})\×inp---\left(1\right)$

其中，此時運算放大器電路10的正相輸入端inp的電壓與反向輸入端inn2的電壓相等。

可見本發(fā)明的實施例通過一次電壓切換，穩(wěn)壓電路由負載OUT進行供電，得到一個穩(wěn)定輸出VDD，給芯片其它模塊供電，實現(xiàn)了負載供電線性穩(wěn)壓電路功能。本發(fā)明的實施例可以讓芯片工作更高效，靜態(tài)電流更小，節(jié)約電能，大大的減小芯片的消耗。

以上通過具體的實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個實施例”表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。