一种减小LDO电源静态电流的线路结构及控制方法与流程

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体为一种减小ldo电源静态电流的线路结构及控制方法。

背景技术：

功率管是双极大功率ldo器件芯片中必不可少的组成模块，采用横向pnp管作为输出功率管可以将器件输入输出电压(lowdropout电压)降低至600mv以下，甚至更低。

现有技术中，如图1所示，为国外某型号电路采用横向pnp管作为输出功率管的线路结构。该线路主要由启动模块、环路控制模块、功率输出线路和限流控制线路组成。其中，功率输出线路由pnp型双极晶体管q1(功率输出管)、q3、q4和npn型双极晶体管q7组成，限流控制线路由电阻r1、pnp型双极晶体管q2和npn型双极晶体管q5、q6组成，环路控制块模块除了环路控制线路，还包括带隙基准、误差放大器等线路结构。vin为电源电压，vout为输出端，adg为调整端。输出电压可调，通过外接电阻r1和r2分压来实现：

vout＝vadg×(r1+r2)/r1，其中vadg＝1.275v

但是，图1中功率输出线路结构存在如下缺点：

横向pnp管的放大倍数较低，目前国内抗辐照双极工艺的水平为10～30。即使通过牺牲耐压的方式(在工艺制程中增大p+区注入浓度和在版图设计中加强pnp基区宽度控制)，也很难对横向pnp管的放大倍数有较大提升。因此，功率管(采用横向pnp)的基极注入电流无法忽略，由于横向pnp管放大倍数低导致器件静态电流大，尤其当器件工作在重载条件下，大部分的电源静态电流来源于功率管的基极注入电流，增加了器件自身的功耗，大大降低了器件输出的功率效率。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种减小ldo电源静态电流的线路结构及控制方法，确保器件重载条件下工作时能够获得较小的电源静态电流，降低自身功耗，提高应用时的功率效率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种减小ldo电源静态电流的线路结构，包括启动模块、环路控制模块、减小电源静态电流的功率输出线路和限流控制线路；

所述的减小电源静态电流的功率输出线路由pnp型双极晶体管q1、q3、q4、q8和q9，以及r2和npn型双极晶体管q7和q10组成，

pnp型双极晶体管q3的e端发射极与电源电压vin相连，b端基极与启动模块相连，c端集电极分别与pnp型双极晶体管q1的b端基极、pnp型双极晶体管q4的b端基极、pnp型双极晶体管q8的e端发射极、pnp型双极晶体管q9的e端发射极和电阻r2的一端相连；

pnp型双极晶体管q1的e端发射极与电源电压vin相连，pnp型双极晶体管q1的c端集电极与输出端vout相连；

pnp型双极晶体管q4的e端发射极与电源电压vin相连，pnp型双极晶体管q4的c端集电极分别与pnp型双极晶体管q9的b端基极、pnp型双极晶体管q9c端集电极、电阻r2的另一端、pnp型双极晶体管q8的b端基极和npn型双极晶体管q7的c端集电极相连；

npn型双极晶体管q7的b端基极分别与限流控制线路和环路控制模块相连，npn型双极晶体管q7的e端发射极与gnd相连。

pnp型双极晶体管q8的c端集电极分别与npn型双极晶体管q10的b端基极和npn型双极晶体管q10c端集电极相连，npn型双极晶体管q10的e端发射极与输出端vout相连。

优选的，所述的限流控制线路由电阻r1、pnp型双极晶体管q2和npn型双极晶体管q5、q6组成；

pnp型双极晶体管q2的e端发射极与电源电压vin相连，pnp型双极晶体管q2的b端基极分别与pnp型双极晶体管q1的b端基极、pnp型双极晶体管q3的c端集电极、pnp型双极晶体管q4的b端基极、pnp型双极晶体管q8的e端发射极、pnp型双极晶体管q9的e端发射极、电阻r2的一端和电阻r1的一端相连；

r1的另一端分别与npn型双极晶体管q5的c端集电极、npn型双极晶体管q5的b端基极和npn型双极晶体管q6的b端基极相连；npn型双极晶体管q5的e端发射极与gnd相连；npn型双极晶体管q6的c端集电极分别与npn型双极晶体管q7的b端基极和环路控制模块相连，npn型双极晶体管q6的e端发射极与gnd相连。

优选的，所述的环路控制块模块包括环路控制线路，以及连接在环路控制线路上的带隙基准线路和误差放大器。

优选的，所述的环路控制块模块上设置有调整端adg；调整端adg经外接电阻r1连接输出端vout，经外接电阻r1连接电源电压vin；输出端vout的电压通过外接电阻r1和r2分压实现可调。

一种减小ldo电源静态电流的控制方法，采用上述任意一项所述的线路结构，电路启动正常工作后，来自pnp型双极晶体管q1的注入电流通过pnp型双极晶体管q8和pnp型双极晶体管q9分别流向gnd和输出端vout，通过控制pnp型双极晶体管q8和pnp型双极晶体管q9的镜像比例调节gnd和输出端vout的电流分量。

进一步，当负载电流较大时，通过pnp型双极晶体管q8和pnp型双极晶体管q9的镜像比例设计，将pnp型双极晶体管q1的注入电流通过pnp型双极晶体管q8管最大限度的贡献给负载。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用横向pnp作为功率输出管减小电源静态电流的功率输出线路结构，当器件工作在重载条件下，即vin通过q1的e端、c端向输出端vout提供较大的电流，此时q1的注入电流可由q8和q10的路径流向vout，通过设计q9和q8镜像比例，基本可以忽略由于q1放大倍数低引入的注入电流，大大降低了电源静态电流，提高了器件的输出功率效率。克服了基于国内抗辐照双极工艺制作的横向pnp管放大倍数低，导致在重负载输出下存在较大电源静态电流的缺点。其中，q10作用为二极管特性，防止器件应用时出现vout端电压高于电源电压vin的情况。根据器件的应用环境及器件本身的特点，可以在设计初期启用或短路q10。

附图说明

图1是现有技术中国外某型号电路中所采用的功率管输出线路结构电路图。

图2是本发明实例中所述的一种减小ldo电源静态电流的线路结构电路图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明采用横向pnp作为功率输出管的减小ldo电源静态电流的线路结构，包括启动模块、环路控制模块、减小电源静态电流的功率输出线路和限流控制线路。其中，减小电源静态电流的功率输出线路由pnp型双极晶体管q1、q3、q4、q8、q9，r2和npn型双极晶体管q7、q10组成，限流控制线路由电阻r1、pnp型双极晶体管q2和npn型双极晶体管q5、q6组成，环路控制块模块除了环路控制线路，还包括带隙基准、误差放大器等线路结构。vin为电源电压，vout为输出端，adg为调整端。输出电压可调，通过外接电阻r1和r2分压来实现。

所述的减小电源静态电流的功率输出线路中：

q3的e端与电源电压vin相连，b端与启动模块相连，c端与q1的b端、q4的b端、q8的e端、q9的e端、r2的一端相连。

q1的e端与电源电压vin相连，q1的c端与输出端vout相连。

q4的e端与电源电压vin相连，q4的c端与q9的b端和c端、r2的另一端、q8的b端、q7的c端相连。

q7的b端与q6的c端、环路控制模块相连，q7的e端与gnd相连。

q8的c端与q10的b端和c端相连，q10的e端与输出端vout相连。

所述的限流控制线路中：

q2的e端与电源电压vin相连，q2的b端与q1的b端、q3的c端、q4的b端、q8的e端、q9的e端、r2的一端、r1的一端相连。

r1的另一端与q5的c端和b端、q6的b端相连；q5的e端与gnd相连；q6的c端与q7的b端、环路控制模块相连，其e端与gnd相连。

本发明一优选实施例如图2所示。下面对图2所示电路的工作过程进行分析，以说明其功能和效果。

本发明所述的电源静态电流线路结构主要由pnp型双极晶体管q8、q9、q10，npn型双极晶体管q7，r2组成，其中：

q9的e端与q1的b端相连，q9的b端e端短接与q7的c端相连；

q8的e端与q1的b端相连，q8的b端与q9的e端相连，q8的c端与q10的c端e端相连，q10的e端连接vout；

r2两端分别连接q8、q9的e端和b端；

vin为输入电源电压，vout为输出端，adg为参考电压调整端。

线路结构上，q8和q9为镜像关系b端与q7的c端相连；

电路启动正常工作后，来自功率管q1的注入电流通过q8和q9分别流向gnd和vout(即q8的集电极电流和q9的集电极电流)，两者的电流分量取决于q8和q9的镜像比例。当负载电流较大时，通过q8和q9的镜像比例设计，基本可以将q1的注入电流通过q8管全部贡献给负载，下面将量化进行说明：

假设负载电流1a，q1、q8、q9的放大倍数为25，q8和q9的镜像比例为50:1，忽略q3的集电极电流及q4和q2的注入电流，则：

icq8＝ieq8-ibq8

其中：

即：

icq8＝37.65ma

上述计算可知，q1的注入电流为40ma，其中37.65ma贡献给输出端，仅2.35ma通过q7流向gnd。相比图1的线路结构，该线路结构大大减小了电源静态电流。

上述所讨论内容仅仅显示了本发明用在功率输出管线路结构中应用的一种方式，其应用范围并不受图1中功率输出管线路结构限制。

综上所述，本发明解决了由于横向pnp管放大倍数低导致器件静态电流大的问题，降低了器件自身功耗，提高了器件输出功率效率。此外，本发明的思想可移值在其它线路结构中，设计者可根据版图面积灵活设计q9和q8镜像比例，同时也可根据应用环境及器件特点灵活使用q10的用途。线路结构完全适合国内抗辐照工艺线，具有良好的经济及军事前景。