低压差线性稳压电路和buck电路的制作方法

1.本发明实施例涉及电压转换的技术领域，尤其涉及一种低压差线性稳压电路和buck电路。


背景技术：

2.在使用直流源的电子设备中，需要采取电压变换器将电源的电压转换为所需的工作电压。buck电路即一种广泛使用的降压式转换电路，主要用于直流到直流（dc-dc）的降压变换，通常适用于低压大电流应用领域。
3.低压差线性稳压电路（low drop output，ldo）可以为buck电路提供工作电压。例如，ldo电路可以为buck电路中的器件提供电源。示例性地，ldo电路可以为buck电路中的放大器、比较器、脉冲宽度调制器和零点检测器等提供电源。图1为现有技术提供的一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图1所示，在现有技术中，ldo电路中的分压电阻r7将输入的电压信号vin分压，形成分压信号，并经过滤波电阻r37和滤波电容c1进行滤波后，输出至输出晶体管m21，输出晶体管m21根据电压信号vin和分压信号输出所需的输出电压vdda。其中，滤波电容c1的一端接地gnd。图2为图1提供的一种低压差线性稳压电路对应的一种输出电压的信号示意图。如图2所示，当输出电压vdda突然变化时，ldo电路自身调节输出电压vdda的反应慢，使得ldo提供的输出电压vdda不稳定，影响ldo用于为其他电路中提供电压时的稳定性和可靠性。


技术实现要素：

4.本发明提供一种低压差线性稳压电路和buck电路，以提高低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种低压差线性稳压电路，包括输入模块、输出模块、耦合模块和响应模块；
6.所述输入模块用于将输入电压转换为第一电压，所述输出模块与所述输入模块连接，所述输出模块用于根据所述第一电压输出电压信号；所述耦合模块与所述输出模块连接，所述耦合模块用于耦合所述电压信号；所述响应模块的控制端与第一控制信号输入端连接，所述响应模块的第一端与第一信号输入端和所述耦合模块连接，所述第一控制信号输入端输入的第一控制信号和所述第一信号输入端提供的第一信号用于控制所述响应模块导通，所述响应模块用于响应耦合后的电压信号，并输出响应电流；所述输出模块与所述响应模块连接，所述输出模块用于根据所述响应电流调节所述电压信号。
7.可选地，所述响应模块包括开关晶体管和电流镜；
8.所述开关晶体管的控制极与所述第一控制信号输入端连接，所述开关晶体管的第一极与所述第一信号输入端和所述耦合模块连接，所述开关晶体管的第二极与所述电流镜的输入端连接，所述电流镜的输出端与所述输出模块连接。
9.可选地，低压差线性稳压电路还包括放电模块，所述放电模块的控制端与第二控
制信号输入端连接，所述放电模块的第一端与第一电位输入端连接，所述放电模块的第二端与耦合模块连接；所述第一控制信号和所述第二控制信号输入端输入的第二控制信号控制所述放电模块的状态与所述响应模块的状态相反。
10.可选地，所述放电模块包括第一晶体管；所述第一晶体管的控制极与所述第二控制信号输入端连接，所述第一晶体管的第一极与所述第一电位输入端连接，所述第一晶体管的第二极与所述耦合模块连接。
11.可选地，所述第一控制信号输入端复用为所述第二控制信号输入端，所述响应模块包括开关晶体管时，所述开关晶体管的类型与所述第一晶体管的类型相反。
12.可选地，低压差线性稳压电路还包括第一反相单元；所述第一反相单元包括奇数个串联的第一反相器；所述第一反相单元的输入端与所述第一控制信号输入端连接，所述第一反相单元的输出端作为所述第二控制信号输入端，所述响应模块包括开关晶体管时，所述开关晶体管的类型与所述第一晶体管的类型相同。
13.可选地，低压差线性稳压电路还包括第二反相单元，所述第二反相单元包括奇数个串联的第二反相器；所述第二反相单元的输入端与所述第一控制信号输入端连接，所述第二反相单元的输出端与所述响应模块的控制端和所述第一反相单元的输入端连接。
14.可选地，所述耦合模块包括耦合电容；所述耦合电容的第一极与所述输出模块连接，所述耦合电容的第二极与所述响应模块连接。
15.可选地，所述输入模块包括分压电路，所述输出模块包括输出开关管；
16.所述分压电路的第一输入端作为所述低压差线性稳压电路的输入端，所述分压电路的第二输入端与第二电位输入端连接，所述分压电路的输出端与所述输出开关管的控制极连接，所述输出开关管的第一极接入所述输入电压，所述输出开关管的第二极作为所述低压差线性稳压电路的输出端。
17.第二方面，本发明实施例还提供了一种buck电路，包括第一方面所述的低压差线性稳压电路。
18.本发明实施例的技术方案，在输出模块提供电压信号后，当电压信号变化时，耦合模块耦合电压信号的变化并输出至响应模块，响应模块在导通状态下直接响应耦合后的电压信号，并反馈响应电流至输出模块，使得输出模块可以根据响应电流快速调整输出电路，不仅减少了响应模块响应电压信号所需的时间，同时可以通过反馈调节减少低压差线性稳压电路的响应时间，提高了低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。当低压差线性稳压电路用于为其他电路提供电压时，可以提高其他电路的稳定性和可靠性。
附图说明
19.图1为现有技术提供的一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
20.图2为图1提供的一种低压差线性稳压电路对应的一种输出电压的信号示意图；
21.图3为本发明实施例提供的一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
22.图4为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
23.图5为图4提供的低压差线性稳压电路对应的一种电压信号的波形示意图；
24.图6为本发明实施例提供的一种输出开关管控制极的电压波形示意图；
25.图7为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
26.图8为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
27.图9为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
28.图10为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
29.图11为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
30.图12为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；
31.图13为本发明实施例提供的一种buck电路的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
33.图3为本发明实施例提供的一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图3所示，该低压差线性稳压电路包括输入模块110、输出模块120、耦合模块130和响应模块140；输入模块110用于将输入电压vin转换为第一电压，输出模块120与输入模块110连接，输出模块120用于根据第一电压输出电压信号vdd；耦合模块130与输出模块120连接，耦合模块130用于耦合电压信号vdd；响应模块140的控制端ctrl1与第一控制信号输入端en1连接，响应模块140的第一端s1与第一信号输入端in1和耦合模块130连接，第一控制信号输入端en1输入的第一控制信号和第一信号输入端in1提供的第一信号用于控制响应模块140导通，响应模块140用于响应耦合后的电压信号vdd，并输出响应电流；输出模块120与响应模块140连接，输出模块120用于根据响应电流调节电压信号vdd。
34.具体地，输入模块110可以将输入电压vin进行电压转换，形成第一电压并输出至输出模块120，输出模块120根据第一电压输出低压差线性稳压电路的电压信号vdd，为其他电路提供直流电压。低压差线性稳压电路还包括耦合模块130，耦合模块130与输出模块120连接，可以获取输出模块120提供的电压信号vdd，当电压信号vdd突然变化时，耦合模块130可以耦合电压信号vdd的变化并输出至响应模块140。响应模块140在第一控制信号和第一信号的作用下处于导通状态，当耦合后的电压信号vdd输出至响应模块140时，响应模块140可以迅速响应电压信号vdd输出响应电流，减少了响应模块140响应电压信号vdd所需的时间，提高了响应模块140的响应速度。然后响应电流输出至输出模块120，实现电压信号vdd的反馈调节，然后输出模块120根据响应电流可以快速调整电压信号vdd，从而可以提高低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。当低压差线性稳压电路用于为其他电路提供电压时，可以提高其他电路的稳定性和可靠性。
35.本实施例的技术方案，在输出模块提供电压信号后，当电压信号变化时，耦合模块耦合电压信号的变化并输出至响应模块，响应模块在导通状态下直接响应耦合后的电压信号，并反馈响应电流至输出模块，使得输出模块可以根据响应电流快速调整输出电路，不仅减少了响应模块响应电压信号所需的时间，同时可以通过反馈调节减少低压差线性稳压电路的响应时间，提高了低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。当低压差线性稳压电路用于为其他电路提供电压时，可以提高其他电路的稳定性和可靠性。
36.图4为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图4所示，响应模块140包括开关晶体管m1和电流镜141；开关晶体管m1的控制极与第一控制信号
输入端en1连接，开关晶体管m1的第一极与第一信号输入端in1和耦合模块130连接，开关晶体管m1的第二极与电流镜141的输入端连接，电流镜141的输出端与输出模块120连接。
37.具体地，第一控制信号输入端en1提供的第一控制信号控制开关晶体管m1处于导通状态。例如，如图4所示，当开关晶体管m1为p型晶体管时，第一控制信号可以为低电平。当开关晶体管m1为n型晶体管时，第一控制信号可以为高电平。第一信号输入端in1提供的第一信号可以为偏置电流，用于为开关晶体管m1提供导通电流。当电压信号vdd变化时，耦合模块130耦合电压信号vdd后输出至开关晶体管m1的第一极，使得开关晶体管m1的第一极电位根据耦合后的电压信号vdd变化，然后开关晶体管m1根据控制极和第一极的电位差形成响应电流，并传输至电流镜141，电流镜141通过镜像作用将响应电流输出至输出模块120，实现电压信号vdd的电流反馈调节，然后输出模块120根据响应电流快速的调整电压信号vdd，提高了低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。
38.示例性地，如图4所示，输出模块120包括输出开关管m2，输出开关管m2的控制极g1与电流镜141的输出端连接，输出开关管m2的第一极接入输入电压vin，输出开关管m2的第二极作为低压差线性稳压电路的输出端，用于输出电压信号vdd。其中，图4中示例性地示出了输出开关管m2为n型晶体管。图5为图4提供的低压差线性稳压电路对应的一种电压信号的波形示意图，图6为本发明实施例提供的一种输出开关管控制极的电压波形示意图。如图4至图6所示，当电压信号vdd下降时，耦合模块130将电压变化耦合至开关晶体管m1的第一极，使得开关晶体管m1的第一极电位下降，从而增加了开关晶体管m1的控制极和第一极之间的电位差，开关晶体管m1的导通电流增加，并输出至电流镜141，电流镜141将导通电流反馈至输出开关管m2的控制极，使得输出开关管m2的控制极g1电位上升，从而增加了输出开关管m2的导通程度，进而增加了输出开关管m2的导通电流，提高了输出开关管m2输出的电压信号vdd，实现了电压信号vdd的反馈调节，提高了低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。
39.需要说明的是，本发明实施例提供的电流镜141可以包括第一开关管m11、第二开关管m12、第三开关管m13和第四开关管m14。第一开关管m11的第一极、第一开关管m11的栅极和第二开关管m12的栅极连接，并作为电流镜141的输入端，与开关晶体管m1的第二极连接，第一开关管m11的第二极与第三开关管m13的第一极、第三开关管m13的栅极和第四开关管m14的栅极连接，第三开关管m13的第二极和第四开关管m14的第二极接入输入信号，第四开关管m14的第一极与第二开关管m12的第二极连接，第二开关管m12的第一极作为电流镜141的输出端，用于输出响应电流。
40.在上述各技术方案的基础上，继续参考图4，耦合模块130包括耦合电容c1；耦合电容c1的第一极与输出模块120连接，耦合电容c1的第二极与响应模块140连接。
41.具体地，耦合电容c1具有耦合作用，当输出模块120提供的电压信号vdd瞬态变化时，耦合电容c1可以将电压信号vdd的变化量耦合至开关晶体管m1的第一极，使得开关晶体管m1的控制极和第一极的压差随着电压信号vdd的变化而变化，进而可以使得开关晶体管m1的导通电流变化，然后将导通电流反馈至输出开关管m2的控制极，控制输出开关管m2的控制极电位，使得输出开关管m2根据电压信号vdd的变化反馈调节导通程度，提高了输出开关管m2响应电压信号vdd的速度，提高了低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。
42.图7为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图7所示，低压差线性稳压电路还包括放电模块150，放电模块150的控制端与第二控制信号输入
端en2连接，放电模块150的第一端与第一电位输入端v1连接，放电模块150的第二端与耦合模块130连接；第一控制信号和第二控制信号输入端en2输入的第二控制信号控制放电模块150的状态与响应模块140的状态相反。
43.具体地，当低压差线性稳压电路工作用于电压信号vdd时，第一控制信号控制响应模块140导通，第二控制信号控制放电模块150截止，响应模块140响应耦合模块130输出的电压，并输出至输出模块120，实现电压信号vdd的反馈调节，提高了低压差线性稳压电路的瞬态响应速度。当低压差线性稳压电路不工作时，第一控制信号控制响应模块140截止，避免响应模块140工作耗电，节约了低压差线性稳压电路的能耗。第二控制信号控制放电模块150导通，耦合模块130上的电量通过放电模块150释放，降低了低压差线性稳压电路的静电危险，提高了低压差线性稳压电路的安全性。示例性地，第一电位输入端v1可以为接地端，耦合模块130上的电量通过放电模块150释放到接地端，保证了放电可靠性。
44.图8为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图8所示，放电模块150包括第一晶体管t1；第一晶体管t1的控制极与第二控制信号输入端en2连接，第一晶体管t1的第一极与第一电位输入端v1连接，第一晶体管t1的第二极与耦合模块130连接。
45.具体地，第二控制信号输入端en2提供的第二控制信号可以控制第一晶体管t1的导通或关断。示例性地，第一晶体管t1可以为p型晶体管，第二控制信号为低电平时，第一晶体管t1导通。第二控制信号为高电平时，第一晶体管t1关断。第一电位输入端v1可以为接地端。当低压差线性稳压电路不工作时，第二控制信号控制第一晶体管t1导通，耦合模块130上的电量通过第一晶体管t1释放到接地端，降低了低压差线性稳压电路的静电危险，提高了低压差线性稳压电路的安全性。
46.图9为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图9所示，第一控制信号输入端en1复用为第二控制信号输入端en2，响应模块140包括开关晶体管m1时，开关晶体管m1的类型与第一晶体管t1的类型相反。
47.具体地，响应模块140包括开关晶体管m1时，可以设置开关晶体管m1的类型与第一晶体管t1的类型相反，使得第一控制信号输入端en1复用为第二控制信号输入端en2，即第一控制信号复用为第二控制信号。当第一控制信号控制开关晶体管m1导通时，第一控制信号同时控制第一晶体管t1截止。当第一控制信号控制开关晶体管m1截止时，第一控制信号同时控制第一晶体管t1导通。由此可以减少信号端口的设置，有利于简化低压差线性稳压电路。
48.图10为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图10所示，低压差线性稳压电路还包括第一反相单元160；第一反相单元160包括奇数个串联的第一反相器161；第一反相单元160的输入端与第一控制信号输入端en1连接，第一反相单元160的输出端作为第二控制信号输入端en2，响应模块140包括开关晶体管m1时，开关晶体管m1的类型与第一晶体管t1的类型相同。
49.具体地，奇数个串联的第一反相器161可以将第一控制信号输入端en1提供的第一控制信号进行反相，然后作为第二控制信号输入端en2提供的第二控制信号，控制第一晶体管t1的导通或截止。示例性地，图10中示例性地示出了第一反相单元160包括一个第一反相器161。当第一控制信号为高电平时，第一控制信号传输至开关晶体管m1的控制极，同时第
一控制信号通过第一反相单元160后变为低电平，然后传输至第一晶体管t1的控制极。且开关晶体管m1的类型与第一晶体管t1的类型相同，则开关晶体管m1和第一晶体管t1的状态相反。例如，开关晶体管m1和第一晶体管t1为p型晶体管，第一控制信号为低电平时，第一控制信号控制开关晶体管m1导通，第一控制信号经过第一反相单元160后变为高电平，并作为第二控制信号控制第一晶体管t1截止。当第一控制信号为高电平时，第一控制信号控制开关晶体管m1截止，第一控制信号经过第一反相单元160后变为低电平，并作为第二控制信号控制第一晶体管t1导通。通过设置第一反相单元160，以及开关晶体管m1的类型与第一晶体管t1的类型相同，可以减少信号端口的设置，有利于简化低压差线性稳压电路。
50.图11为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图11所示，低压差线性稳压电路还包括第二反相单元170，第二反相单元170包括奇数个串联的第二反相器171；第二反相单元170的输入端与第一控制信号输入端en1连接，第二反相单元170的输出端与响应模块140的控制端和第一反相单元160的输入端连接。
51.具体地，奇数个串联的第二反相器171串联于第一控制信号输入端en1和响应模块140之间，使得第一控制信号反相后输入至响应模块140的控制端。同时奇数个串联的第二反相器171串联于第一控制信号输入端en1和第一反相单元160之间，使得第一控制信号经过两次反相后作为第二控制信号控制放电模块150的状态。示例性地，图11中示例性地示出了第二反相单元170包括一个第二反相器171。当响应模块140包括开关晶体管m1，放电模块150包括第一晶体管t1，且开关晶体管m1和第一晶体管t1的类型相同时，第一控制信号经过第二反相单元170反相后传输至开关晶体管m1的控制极，控制开关晶体管m1的状态，同时第一控制信号经过第二反相单元170和第一反相单元160两次反相后作为第二控制信号控制第一晶体管t1的状态，使得开关晶体管m1和第一晶体管t1的类型相同时，第一控制信号经过反相单元可以同时控制开关晶体管m1和第一晶体管t1的状态相反。
52.图12为本发明实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图12所示，输入模块110包括分压电路111，输出模块120包括输出开关管m2；分压电路111的第一输入端作为低压差线性稳压电路的输入端in，分压电路111的第二输入端与第二电位输入端v2连接，分压电路111的输出端与输出开关管m2的控制极连接，输出开关管m2的第一极接入输入电压vin，输出开关管m2的第二极作为低压差线性稳压电路的输出端out。
53.具体地，分压电路111具有分压功能。图12中示例性地示出了分压电路111包括分压电阻r1、第一稳压电容ct1和第一稳压管d1，且第二电位输入端v2可以为接地端gnd。其中，分压电阻r1的第一端作为低压差线性稳压电路的输入端in，并接入输入电压vin，分压电阻r1的第二端与第一稳压电容ct1的第一极连接，并作为分压电路111的输出端。第一稳压电容ct1的第二极与第二电位输入端v2连接，即第一稳压电容ct1的第二极连接接地端gnd。第一稳压管d1的阳极与第二电位输入端v2连接，即第一稳压管d1的阳极连接接地端gnd，阴极与分压电阻r1的第二端连接。分压电阻r1和第一稳压电容ct1将输入电压进行分压，然后通过第一稳压管d1进行稳压，输出至输出开关管m2的控制极，控制输出开关管m2的状态。当输出开关管m2导通时，输出开关管m2将第一极接入的输入电压vin减去自身导通压降后通过第二极输出，作为低压差线性稳压电路的电压信号vdd。
54.另外，继续参考图12，输出模块120还可以包括第二稳压电容ct2，第二稳压电容ct2的第一极与输出开关管m2的第二极连接，第二稳压电容ct2的第二极连接接地端gnd，通
过设置第二稳压电容ct2，可以为输出开关管m2的第二极提供固定电位，避免输出开关管m2的第二极电位浮动。
55.继续参考图12，输出模块120还可以包括第二稳压管d2，第二稳压管d2的阳极连接接地端gnd，阴极与输出开关管m2的第二极连接，用于对输出开关管m2第二极输出的电压信号vdd进行稳压。
56.继续参考图12，低压差线性稳压电路还包括滤波电路180，滤波电路180连接于输入模块110和输出模块120之间，用于对输入模块110提供的分压信号进行滤波后输出至输出模块120，以减少干扰信号对输出模块120的控制极电位的影响，提高分压信号控制输出模块120的可靠性。
57.示例性地，滤波电路180包括滤波电阻r2和滤波电容ct3，滤波电阻r2串联于分压电路111和输出模块120之间，滤波电容ct3的第一极连接接地端gnd，第二极与分压电路111连接。滤波电阻r2和滤波电容ct3组成阻容式滤波电路，对分压信号进行滤波。
58.本发明实施例还提供了一种buck电路。图13为本发明实施例提供的一种buck电路的结构示意图。如图13所示，该buck电路包括本发明任意实施例提供的低压差线性稳压电路pre-ldo。
59.具体地，buck电路可以包括时钟发生器、电流感测和补偿模块、误差放大器、比较器、脉冲宽度调制器、零点检测器、hs驱动和ls驱动等，时钟发生器、误差放大器、比较器、脉冲宽度调制器、零点检测器和ls驱动的电压vdd为本发明任意实施例提供的低压差线性稳压电路提供的电压信号vdd。由于buck电路包括本发明任意实施例提供的低压差线性稳压电路pre-ldo，因此具有本发明任意实施例提供的低压差线性稳压电路pre-ldo的有益效果，此处不做赘述。
60.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。