[发明专利]大摆幅输入的线性稳压电源电路

说明书

技术领域

本发明设计模拟集成电路设计领域，尤其涉及一种大摆幅输入稳定低压输出的两级线性稳压供电电路及电路实现方法，即大摆幅输入的线性稳压电源电路。

技术背景

在今天，BMS(Battery Management Systerm，电源管理系统)的设计在移动便携设备、电动汽车、功率电子系统诸多方面已经成为关键性的技术，它的性能将左右整个系统的工作。从广义上讲，电动车、手机、电脑以及各种移动电源设备皆需要电源管理系统提高其工作效率及使用寿命。然而，无论是锂电池、镍镉电池还是其他电池供给系统电源都是不稳定的甚至摆幅较大的输入信号。这样的信号如果直接作为整个芯片系统的电路供电电压，无疑系统的可靠性以及工作性能会倍受影响甚至是无法正常工作。此外，电池组的供电电压往往是诸如锂电池镍镉电池串联组成的电池组，这些电池组的顶部电压输出不仅不稳定而且是高压，因此我们需要一个可以以外部电池供电作为输入，输出稳定的、对噪声和负载以及输入电压不敏感的低压供电电压的稳压源为包括数字电路在内的整个系统各个模块提供电源。

为电源管理系统提供供电电压的主要两种方法分别是线性稳压源(典型的线性稳压源是低压差线性稳压源LDO，low-dropout linear regulator)和开关电源的方法。前者的稳定性好，输出纹波小噪声低，但是转换效率低，后者转换效率高但是输出噪声较大。LDO在一些输出电压稳定性要求较高，对转换效率要求不大的电路中经常被用到，这主要是因为LDO结构相对简单，占用面积较小，反应快速，输出稳定性好。本发明将针对应用于电池电压摆动较大，内部需要建立稳定低压供电电源的系统中提出一种线性调整率以及开启瞬态电流均得到改善的两级结构LDO。

将LDO线性稳压电压源用于系统输入波动较大(可能会出现几十幅的摆动，例如10V-40V)的电源管理系统上会带来的问题主要包括：

LDO输出节点通常会接很大容值的旁路电容(容值一般在uF级)，而且输入电压摆动很大时，如果出现输入电压为高压(例如40V)情况，为了对大的旁路电容进行充电，会产生相当大的瞬态启动电流(例如1uF旁路电容，40V输入电压下可能出现上百毫安的瞬态电流)。过大的瞬态电流再加上高压输入电压很产生过大的功率，这样会毁掉整个电路；

输入电压摆动越大，LDO的输出电压随之变化也会越来越明显，例如摆幅有30V而线性调整率为5mV@1V，那么30V输入电压变化将会产生0.15V的电压误差甚至更大，对于系统的影响不可忽略。另外，一般设计的LDO在上下输入电压摆动较大的情况下很有可能脱离原有的直流工作点导致无法工作。

上述问题均会对整个系统的正常运行造成破坏性影响，需要解决的关键性技术问题。运用两级LDO的结构可以解决高电压输入时瞬态电流过大以及输入电压摆动过大影响输出电压的问题，但是当输入电压较低时两级结构就会增加系统功耗并占用较大的压差(输入输出之间的压差)。所以需要对两级结构加以改进使其在低电压输入时也可正常工作，并减小功耗和净空电压的浪费。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在为大摆幅输入电压(几十伏特摆动)系统提供稳压电压源的线性电压源电路，为此，本发明采用的技术方案是，大摆幅输入的线性稳压电源电路，由两个低压差线性稳压源、开关、容值较小的电容、判断模块以及延迟模块组成，判断模块检测输入信号并判断信号电平高低，得到判断结果后判断模块输出使能信号控制第一个低压差线性稳压源的开启或者关闭，并在第一个低压差线性稳压源关闭时控制开关闭合，使输入信号直接通过第二个低压差线性稳压源输出；或者，在第一个低压差线性稳压源开启时控制开关打开，使输入信号依次通过第一个低压差线性稳压源、第二个低压差线性稳压源输出；延迟模块连接在第一个低压差线性稳压源输出与第二个低压差线性稳压源使能端之间；容值较小的电容设置在第一个低压差线性稳压源输出与地之间，用于限制瞬态电流过大。

容值较小的电容容值为10皮法。

第二个低压差线性稳压源与地之间还设置有串接的旁路电阻和旁路电容。

本发明具备下列技术效果：