一种宽输入电压范围自基准线性稳压器

本发明属于电源管理，具体涉及一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路。

背景技术：

1、低压差线性稳压器(low dropout regulator,ldo)是电源管理芯片中重要的一类电路。具有低成本、低噪声、低功耗、电路结构简单和占用芯片面积小等优点，广泛应用在消费电子、医疗电子以及航空航天等领域。如图1所示，传统的片外大电容ldo包含了运算放大器、调整管、基准电压源、分压电阻网络、偏置电路、片外电容等主要模块。在应用高压场景时，内部模块的供电成为问题，往往需要预降压技术对输入电压进行处理再对内部模块供电，或使用浮动轨技术，这增大了芯片面积。

2、在传统高压片外大电容ldo中，预降压、内部基准与运算放大器模块消耗了主要功耗。用浮动轨技术可以代替预降压模块，但会增加版图面积。将传统三极管基准替换为亚阈区mos基准可以有效降低功耗，但pvt(process,voltage,temperature)稳定性会显著降低。运算放大器是ldo的核心部分，其性能与功耗存在折衷关系。因此传统片外大电容低功耗高压ldo的设计仍具有挑战性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种用于宽输入电压范围自基准线性稳压器，该电路将基准电压源模块与运算放大器模块整合，以节省功耗同时减小芯片面积，用高压电流镜实现宽输入电压范围，省去传统，预降压模块。增加简单的辅助启动电路使ldo系统路正常启动上电。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路，包括带补偿网络的自基准运算放大器电路、启动电路、分压偏置电路、片外电容以及含调整管的高压电流镜电路；

4、所述带补偿网络的自基准运算放大器由稳压器输出供电，输入端与分压偏置电路产生的反馈电压vfb相连，输出端连接到含调整管的高压电流镜电路。分压偏置电路一端连接至线性稳压器输出端vout，一端连接至地电位vss。启动电路一端连接至线性稳压器输入端vin，另一端连接至含调整管的高压电流镜电路。含调整管的高压电流镜电路由高压ldmos组成，一端产生线性稳压器的输出电压，且与片外电容cl相连接。

5、所述分压偏置模块将ldo的输出电压经过分压后得到反馈电压vfb连接到自基准运算放大器输入端，并为自基准运算放大器提供偏置电压。

6、具体的，所述分压偏置模块包含第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4。第一电阻r1的上端连接到ldo的输出电压vout，下端与第二电阻r2上端相连，记该节点为vbp2。第二电阻r2下端与第三电阻r3上端相连接，记该节点为vbp1。第三电阻r3下端与第四电阻r4上端相连，记该节点为vfb，第四电阻r4下端连接地电位vss。

7、所述带补偿网络的自基准运算放大器模块为ldo电路提供不随温度变化的基准电压且将反馈电压vfb的变化进行比例放大以调节调整管栅极电压，实现ldo稳定的输出。

8、具体的，所述带补偿网络的自基准运算放大器模块包含第一三极管q1、第二三极管q2、第五电阻r5、第六电阻r6、第一nmos管m1、第二nmos管m2、第三pmos管m3、第四pmos管m4、第五pmos管m5、第六pmos管m6、补偿网络子模块。

9、第五电阻r5的下端连接到地电位vss，上端与第六电阻r6下端以及第二三极管q2的发射极相连。第六电阻r6的上端与第一三极管q1的发射极相连。第一三极管与第二三极管的基极相连并连接到反馈电压vfb。第一mos管m1与第二mos管m2的栅极相连并连接到第一mos管m1的漏极，m1与m2的源极均连接到地电位vss。m1的漏极连接到第三pmos管m3的漏极，m2的漏极连接到第四pmos管m4的漏极。m3管与m4管的栅极相连并连接到vbp1节点。m3管的漏极与第一三极管q1的集电极以及第五pmos管m5的漏极相连，m4管的漏极与第二三极管q2的集电极以及第六pmos管的漏极相连。m5与m6管的源极相连并连接到ldo的输出节点vout。m5与m6的栅极相连并连接到vbp2电压节点。补偿网络子模块上端连接到ldo输出节点vout，下端连接到第一mos管m1的栅极。

10、所述含调整管的高压电流镜模块包含第七mos管m7、第八mos管m8、调整管mp。

11、具体的，第七mos管m7的栅极连接到第二mos管m2的漏极，m7的源极连接到地电位vss，m7的漏极连接到第八pmos管m8的漏极与栅极。m8的源极连接到ldo的输入电压节点vin。m8的栅极与调整管mp的栅极相连。mp的源极连接到ldo的输入电压节点vin，漏极连接到ldo的输出节点vout

12、具体的，所述功率管mp的源极连接输入电压vin，其漏极输出所述ldo的输出电压vout；所述ldo的输出电压vout经过分压偏置电路分压后得到反馈电压vfb连接到自基准运算放大器的输入端。

13、具体的，所述第七mos管m7、第八mos管m8、调整管mp为高压ldmos。

14、所述启动电路模块包含第九nmos管m9、第十pmos管m10、第十一nmos管m11、第七电阻r7、第一电容c1。

15、具体的，第九nmos管m9的源极连接到地电位vss，漏极连接到第十pmos管m10的漏极，m9与m10的栅极相连并连接到vbp1电压节点，m10的漏极连接到第七电阻r7的下端，第七电阻r7的上端连接到ldo的输入节点vin。第十一nmos管m11的栅极与第二电容c2的上端以及m9的漏极相连，第一电容c1的下端连接到地电位vss。m11的漏极连接到m8管的漏极。

16、具体的，第九nmos管m9、第十pmos管m10、第十一nmos管m11为高压ldmos。

17、所述片外电容包含电容cl，其上端连接至ldo的输出节点vout，下端连接至地电位vss。

18、本发明的有益效果为，本发明提出一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路，将基准电压源与运算放大器功能整合集成，大幅度节省了芯片面积与芯片功耗。用输出自供电技术及高压电流镜，省去预降压模块，在简化电路结构的同时降低功耗，进一步实现电源轨低功耗。用带电流缓冲器的弥勒补偿实现轻载以及重载下的环路稳定性。稳压器电路集成三极管基准，线性稳压器电路输出在全工艺角下变化小，稳定性高。

技术特征：

1.一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路，包括带补偿的自基准运算放大器电路、启动电路、分压偏置电路、片外电容以及含调整管的高压电流镜电路；

2.根据权利要1所述的一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路，其特征在于，所述分压偏置电路，包含第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4；第一电阻r1的上端连接到线性稳压器的输出电压vout，下端与第二电阻r2上端以及第五pmos管m5的栅极连接；第二电阻r2下端与第三电阻r3上端以及第三pmos管m3的栅极连接；第三电阻r3下端与第四电阻r4上端相连，该节点为反馈电压vfb，第四电阻r4下端连接地电位vss。

3.根据权利要2所述的一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路，其特征在于所述启动电路模块，包含第九nmos管m9、第十pmos管m10、第十一nmos管m11、第七电阻r7、第一电容c1；

技术总结
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路。包括带补偿网络的自基准运算放大器电路、启动电路、分压偏置电路、片外电容以及含调整管的高压电流镜电路。本发明提出一种宽输入电压范围自基准线性稳压器电路，将基准电压源与运算放大器功能整合集成，大幅度节省了芯片面积与芯片功耗。用输出自供电技术及高压电流镜，省去预降压模块，在简化电路结构的同时降低功耗，进一步实现电源轨低功耗。用带电流缓冲器的弥勒补偿实现轻载以及重载下的环路稳定性。稳压器电路集成三极管基准，线性稳压器电路输出在全工艺角下变化小，稳定性高。

技术研发人员：罗萍,吴泉澳,吴乾锋,王浩,陈俊林,龚正,辛相文
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14