[發明專利]大擺幅輸入的線性穩壓電源電路

有效

• 申請號: 201310244866.2
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103345288A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 高靜;王君;史再峰;徐江濤;姚素英
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05F1/46
• 分類號: G05F1/46
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明設計模擬集成電路設計領域，尤其涉及一種大擺幅輸入穩定低壓輸出的兩級線性穩壓供電電路及電路實現方法，即大擺幅輸入的線性穩壓電源電路。

技術背景

在今天，BMS(Battery?Management?Systerm，電源管理系統)的設計在移動便攜設備、電動汽車、功率電子系統諸多方面已經成為關鍵性的技術，它的性能將左右整個系統的工作。從廣義上講，電動車、手機、電腦以及各種移動電源設備皆需要電源管理系統提高其工作效率及使用壽命。然而，無論是鋰電池、鎳鎘電池還是其他電池供給系統電源都是不穩定的甚至擺幅較大的輸入信號。這樣的信號如果直接作為整個芯片系統的電路供電電壓，無疑系統的可靠性以及工作性能會倍受影響甚至是無法正常工作。此外，電池組的供電電壓往往是諸如鋰電池鎳鎘電池串聯組成的電池組，這些電池組的頂部電壓輸出不僅不穩定而且是高壓，因此我們需要一個可以以外部電池供電作為輸入，輸出穩定的、對噪聲和負載以及輸入電壓不敏感的低壓供電電壓的穩壓源為包括數字電路在內的整個系統各個模塊提供電源。

為電源管理系統提供供電電壓的主要兩種方法分別是線性穩壓源(典型的線性穩壓源是低壓差線性穩壓源LDO，low-dropout?linear?regulator)和開關電源的方法。前者的穩定性好，輸出紋波小噪聲低，但是轉換效率低，后者轉換效率高但是輸出噪聲較大。LDO在一些輸出電壓穩定性要求較高，對轉換效率要求不大的電路中經常被用到，這主要是因為LDO結構相對簡單，占用面積較小，反應快速，輸出穩定性好。本發明將針對應用于電池電壓擺動較大，內部需要建立穩定低壓供電電源的系統中提出一種線性調整率以及開啟瞬態電流均得到改善的兩級結構LDO。

將LDO線性穩壓電壓源用于系統輸入波動較大(可能會出現幾十幅的擺動，例如10V-40V)的電源管理系統上會帶來的問題主要包括：

LDO輸出節點通常會接很大容值的旁路電容(容值一般在uF級)，而且輸入電壓擺動很大時，如果出現輸入電壓為高壓(例如40V)情況，為了對大的旁路電容進行充電，會產生相當大的瞬態啟動電流(例如1uF旁路電容，40V輸入電壓下可能出現上百毫安的瞬態電流)。過大的瞬態電流再加上高壓輸入電壓很產生過大的功率，這樣會毀掉整個電路；

輸入電壓擺動越大，LDO的輸出電壓隨之變化也會越來越明顯，例如擺幅有30V而線性調整率為5mV@1V，那么30V輸入電壓變化將會產生0.15V的電壓誤差甚至更大，對于系統的影響不可忽略。另外，一般設計的LDO在上下輸入電壓擺動較大的情況下很有可能脫離原有的直流工作點導致無法工作。

上述問題均會對整個系統的正常運行造成破壞性影響，需要解決的關鍵性技術問題。運用兩級LDO的結構可以解決高電壓輸入時瞬態電流過大以及輸入電壓擺動過大影響輸出電壓的問題，但是當輸入電壓較低時兩級結構就會增加系統功耗并占用較大的壓差(輸入輸出之間的壓差)。所以需要對兩級結構加以改進使其在低電壓輸入時也可正常工作，并減小功耗和凈空電壓的浪費。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在為大擺幅輸入電壓(幾十伏特擺動)系統提供穩壓電壓源的線性電壓源電路，為此，本發明采用的技術方案是，大擺幅輸入的線性穩壓電源電路，由兩個低壓差線性穩壓源、開關、容值較小的電容、判斷模塊以及延遲模塊組成，判斷模塊檢測輸入信號并判斷信號電平高低，得到判斷結果后判斷模塊輸出使能信號控制第一個低壓差線性穩壓源的開啟或者關閉，并在第一個低壓差線性穩壓源關閉時控制開關閉合，使輸入信號直接通過第二個低壓差線性穩壓源輸出；或者，在第一個低壓差線性穩壓源開啟時控制開關打開，使輸入信號依次通過第一個低壓差線性穩壓源、第二個低壓差線性穩壓源輸出；延遲模塊連接在第一個低壓差線性穩壓源輸出與第二個低壓差線性穩壓源使能端之間；容值較小的電容設置在第一個低壓差線性穩壓源輸出與地之間，用于限制瞬態電流過大。

容值較小的電容容值為10皮法。

第二個低壓差線性穩壓源與地之間還設置有串接的旁路電阻和旁路電容。

本發明具備下列技術效果：