[发明专利]一种带自适应电荷泵的低压差线性稳压器

说明书

一种带自适应电荷泵的低压差线性稳压器，利用分压网络将LDO输出电压进行分压后获得反馈电压，利用软启动模块提供偏置和在上电时控制基准电压逐渐上升；利用运算放大器保持反馈电压与基准电压一致，同时将反馈电压与基准电压的差值进行放大后传给电平位移模块抬高电压并经过缓冲器处理控制NMOS功率管栅极信号；另外设计了电荷泵时钟产生模块和自适应电荷泵模块，能够根据电源电压大小判断自适应电荷泵模块何时接入LDO电路，避免了自适应电荷泵模块一直开启造成LDO电路功耗的降低；同时能够根据电源电压和负载的变化情况自适应调节电荷泵时钟信号的频率，进而调整自适应电荷泵模块输出的平均电压，从而进一步减小电路的功耗和提高电路轻载时的转换效率。

技术领域

本发明属于模拟电路电源管理技术领域，具体涉及一种带自适应电荷泵的NMOSLDO。

背景技术

低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)在电源管理电路领域中是非常重要的一个模块，常用做其它模拟电路的内部供电电路，或者单独做成一个芯片对片外供电。LDO 的作用是将外部供电电压转换为一个较低的且更加稳定的电压，当负载变化时，LDO能自动调节功率管的输出电流，使得输出电压保持在一个稳定的值；在输入输出电压差别不大的情况下，LDO有着较高的转换效率以及较高的电源抑制比。

LDO根据使用的功率管为NMOS功率管或PMOS功率管的不同可以分为PMOS LDO和NMOS LDO。PMOS LDO是目前较常用的一种结构，因为PMOS功率管的栅源电压可以在输入电压和地电位之间进行调整；而且PMOS LDO不需要额外的辅助电路，其主环路就可以正常工作。与之相比，NMOS LDO采用NMOS功率管时为了保证输入输出压差较小时功率管依然有一定的栅源电压，需要额外加入电荷泵电路，来抬高NMOS功率管栅端电压。但是在加入电荷泵之后整个电路的功耗也会随之提高，这对于NMOS LDO的使用来说是极为不利的，因此目前有很多研究致力于降低电荷泵工作时的功耗。尽管需要额外的电路，NMOS LDO与PMOS LDO相比有更快的瞬态响应速度，较大的负载能力，以及更好的线性调整率，所以在大功率高可靠性芯片中有一席之地。

发明内容

针对传统NMOS LDO在加入电荷泵电路之后电路功耗过大的问题，本发明提出了一种带自适应电荷泵的低压差线性稳压器，设置了电荷泵时钟产生模块和自适应电荷泵模块，电荷泵时钟产生模块会根据外部供电电压即电源电压VDD的大小来判断自适应电荷泵模块该何时介入LDO电路，这样可以避免自适应电荷泵模块一直开启，进而降低LDO电路的功耗；并且本发明提出的电荷泵时钟产生模块能够根据外部供电电压和负载的大小来自适应的调节电荷泵时钟信号的频率，进而调整自适应电荷泵模块输出的平均电压，当外部供电电压较高或者负载较轻时，电荷泵时钟产生模块会适当降低电荷泵时钟信号的工作频率，从而进一步减小电路的功耗，并提高电路轻载时的转换效率。

本发明的技术方案是：

一种带自适应电荷泵的低压差线性稳压器，包括软启动模块、运算放大器、电平位移模块、缓冲器、NMOS功率管、第一使能管和分压网络，

所述分压网络用于将所述低压差线性稳压器的输出电压进行分压后获得反馈电压；

所述软启动模块用于在上电时控制基准电压随着电源电压的上升而上升直到达到预设值，所述软启动模块还用于提供偏置；

所述运算放大器包括第一差分输入管、第二差分输入管、第四PMOS管和第五PMOS管，所述第一差分输入管的第一连接端连接第四PMOS管的栅极和漏极以及第五PMOS管的栅极，其第二连接端连接所述第二差分输入管的第二连接端并连接第一偏置信号，其控制端连接所述基准电压；所述第二差分输入管的第一连接端连接第五PMOS管的漏极并作为所述运算放大器的输出端，其控制端连接所述反馈电压；第四PMOS管和第五PMOS管的源极连接所述电源电压；