一种低压差线性稳压器与电源设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种低压差线性稳压器与电源设备。

背景技术

在电源供电中，低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)凭借着外围元件需求少、输出噪声低、输出纹波小、电路结构简单等优点，被广泛应用在不同的输出电压域中。

在现有技术中，通常采用降压式变换电路(Buck电路)或者是通过变压器加整流的方式实现低压差线性稳压器的功能。然而，对于降压式变换电路而言，其电路结构较为复杂，实现较为困难，而对于变压器加整流的方式而言，则会导致低压差线性稳压器的体积过大，并且成本较高。

发明内容

本申请实施例旨在提供一种低压差线性稳压器与电源设备，能够通过较为简单的电路结构实现低压差线性稳压器的功能，成本较低。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种低压差线性稳压器，包括：

分压模块、开关模块、反馈模块与储能模块；

所述分压模块的第一端与输入电源的正极以及所述开关模块的第一端连接，所述分压模块的第二端与所述开关模块的第二端以及所述反馈模块的第一端连接，所述开关模块的第三端与所述反馈模块的第二端以及所述储能模块的第一端连接，所述储能模块的第二端与所述分压模块的第三端以及所述输入电源的负极连接，其中，所述开关模块的第三端、所述反馈模块的第二端以及所述储能模块的第一端之间的连接点为第一连接点；

所述开关模块用于基于所述反馈模块两端的电压切换开关状态，以控制所述输入电源的正极与所述第一连接点之间的连接状态，其中，所述反馈模块的第一端的电压为所述分压模块对所述输入电源的分压，第二端的电压为所述第一连接点上的电压。

在一种可选的方式中，所述分压模块包括串联连接的第一电阻与第二电阻；

所述第一电阻的非串联端与所述输入电源的正极连接，所述第一电阻与所述第二电阻之间的连接点与所述开关模块的第二端连接，所述第二电阻的非串联端与所述输入电源的负极连接。

在一种可选的方式中，所述分压模块还包括稳压二极管；

所述稳压二极管的阳极与所述输入电源的负极连接，所述稳压二极管的阴极与所述第二电阻的非串联端连接。

在一种可选的方式中，所述开关模块包括第一开关管；

所述第一开关管的控制端与所述分压模块的第二端连接，所述第一开关管的第一端连接于所述第一连接点，所述第一开关管的第二端与所述输入电源的正极连接。

在一种可选的方式中，所述开关模块还包括第三电阻与钳位二极管；

所述第三电阻的第一端与所述钳位二极管的阴极以及所述第一开关管的控制端连接，所述第三电阻的第二端与所述分压模块的第二端连接，所述钳位二极管的阳极连接于所述第一连接点。

在一种可选的方式中，所述反馈模块包括并联连接的第四电阻与第一电容；

所述第四电阻与所述第一电容并联连接后的电路的第一端与所述分压模块的第二端以及所述开关模块的第二端连接，所述第四电阻与所述第一电容并联连接后的电路的第二端连接于所述第一连接点。

在一种可选的方式中，所述储能模块包括第二电容；

所述第二电容的两端分别与所述第一连接点以及所述输入电源的负极连接。

在一种可选的方式中，所述低压差线性稳压器还包括限流模块；

所述限流模块的两端分别与所述输入电源以及所述开关模块的第一端连接，所述限流模块用于限制输入所述开关模块的第一端的电流。

在一种可选的方式中，所述限流模块包括第五电阻与第一二极管；

所述第五电阻的第一端与所述输入电源的正极连接，所述第五电阻的第二端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述开关模块的第一端连接。

在一种可选的方式中，所述低压差线性稳压器还包括第三电容；

所述第三电容的两端分别与所述输入电源的正极以及所述输入电源的负极连接。

第二方面，本申请实施例提供一种电源设备，包括如上任意一项所述的低压差线性稳压器。

本申请实施例的有益效果是：本申请提供的低压差线性稳压器包括分压模块、开关模块、反馈模块与储能模块，其中，分压模块的第一端与输入电源的正极以及开关模块的第一端连接，分压模块的第二端与开关模块的第一端以及反馈模块的第一端连接，分压模块的第二端与开关模块的第二端以及反馈模块的第一端连接，开关模块的第三端与反馈模块的第二端以及储能模块的第一端连接，储能模块的第二端与分压模块的第三端以及输入电源的负极连接，开关模块的第三端、反馈模块的第二端以及储能模块的第一端之间的连接点为第一连接点，且第一连接点上的电压用于作为后续负载的供电电压，因此，当第一连接点上的电压变化(增大或减小)时，该变化会同时作用于开关模块，使开关模块切换其开关状态，以将第一连接点上的电压反向调节，从而使输出电压保持稳定，即实现了低压差线性稳压器的功能，并且，上述的各个模块均可通过简单的硬件电路实现，成本较低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的低压差线性稳压器的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的低压差线性稳压器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的低压差线性稳压器的电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的IGBT开关管的特性曲线图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的低压差线性稳压器的结构示意图。如图1所示，该低压差线性稳压器包括分压模块10、开关模块20、反馈模块30与储能模块40。其中，分压模块10的第一端与输入电源200的正极以及开关模块20的第一端连接，分压模块10的第二端与开关模块20的第二端以及反馈模块30的第一端连接，储能模块40的第二端与分压模块10的第三端以及输入电源200的负极连接，开关模块20的第三端与反馈模块30的第二端以及储能模块40的第一端连接于第一连接点P1。

具体地，开关模块20的开关状态由反馈模块30两端的电压决定，开关模块20的开关状态既包括开关模块20的导通或关断，也包括开关模块20的导通程度。换言之，反馈模块30两端的电压能够控制开关模块20处于导通或处于关断状态，同时，还能够控制流过开关模块20的电流大小。

其中，反馈模块30与分压模块10连接的一端的电压即为分压模块30对输入电源200的分压，反馈模块30与第一连接点P1所连接的一端为第一连接点P1上的电压。

并且，开关模块20的开关状态决定了输入电源200的正极与第一连接点P1之间的连接状态。当开关模块20的完全导通时，第一连接点P1的电压即为输入电源200的电压，当开关模块20导通程度位于导通与关断之间时，第一连接点P1的电压为输入电源200减去开关模块20的压降后的电压，当开关模块20完全关断时，第一连接点P1与输入电源200之间的连接断开。

实际应用中，当第一连接点P1上的电压变化(增大或减小)时，该电压变化会同时作用于开关模块20，使开关模块20切换其开关状态。进而，由于开关模块20切换其开关状态，则输入电源200与储能模块40连接状态也随之改变，以将第一连接点P1上的电压反向调节，从而使输出电压保持稳定，即实现了低压差线性稳压器的功能。

例如，当第一连接点P1用于连接所需供电电压较大的负载时，此时会导致第一连接点P1上的电压减小。那么，由于反馈模块30与分压模块10连接的一端电压不变，反馈模块30两端电压差的变化值作用于开关模块20，并使开关模块20导通程度变大，即使开关模块20的等效电阻变小，则输入电源200输入到第一连接点P1上的电压增大，从而对第一连接点P1上的电压实现了调节过程，使第一连接点P1上的电压保持较为稳定。

需要说明的是，如图1所示的低压差线性稳压器100的硬件结构仅是一个示例，并且，低压差线性稳压器100可以具有比图中所示出的更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置，图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。

例如，在一实施例中，如图2所示，低压差线性稳压器100还包括限流模块50。限流模块50的第一端与分压模块10的第一端以及输入电源200的正极连接，限流模块50的第二端与开关模块20的第一端连接。具体地，限流模块50用于限制输入开关模块20的第一端的电压，以防止开关模块20因输入电源200过大而损坏开关模块，从而对开关模块20起到保护作用。

为了更好的理解本申请，以图3所示的低压差线性稳压器的电路结构为例进行进一步说明。

如图3所示，在一实施例中，分压模块10包括第一电阻R1与第二电阻R2，第一电阻R1与第二电阻R2串联连接，且连接于第二连接点P2，第一电阻R1的未与第二电阻R2连接的一端与输入电源200的正极VIN+连接，第二电阻R2的未与第一电阻R1连接的一端与输入电源200的负极VIN-连接。

第二连接点P2上的电压即为输入电源200在第二电阻R2上的分压，该分压也同时为反馈模块30一端的电压。

进一步地，分压模块10还包括稳压二极管DW1，稳压二极管DW1的阳极与输入电源200的负极VIN-连接，稳压二极管DW1的阴极与第二电阻R2的非串联端(即第二电阻R2未与第一电阻R1连接的一端)连接。

稳压二极管DW1用于在第二连接点P2提供一个基准电压。当输入电源200的正极VIN+在稳压二极管DW1上的分压小于稳压二极管DW1的反向击穿电压时，此时稳压二极管DW1的反向电阻很大，反向电流极小，则第二连接点P2上的电压基本为0。只有当输入电源200的正极VIN+在稳压二极管DW1上的分压大于稳压二极管DW1的反向击穿电压时，此时稳压二极管DW1被反向击穿，稳压二极管DW1的电流可在较大范围内变化，而其两端的电压却基本保持不变，从而提供了一个稳定的基准电压。

在一实施方式中，开关模块20包括第一开关管。仍以图3所示的低压差线性稳压器的电路为例，其中，第一开关管对应IGBT开关管Q1。

IGBT开关管Q1的门极连接至分压模块10的第二端，即IGBT开关管Q1的门极连接至第二连接点P2，IGBT开关管Q1的发射极连接至第一连接点P1，IGBT开关管Q1的集电极连接至所述电源200的正极VIN+。其中，第一连接点P1也为输出电源的正极VOUT+，即第一连接点P1上的电压可用于为后续负载提供供电电压。

请一并参照图4，图4为本申请实施例提供的IGBT开关管的特性曲线图。如图4所示，其中，横轴代表IGBT开关管的门极与发射极之间的电压，纵轴代表IGBT开关管工作时的电流。可见，IGBT开关管的工作电压在5V-12V之间，因此其电压范围宽，并且，可通过控制IGBT开关管的门极与发射极之间的电压，以实现控制流过IGBT开关管的电流的目的。同时，对于在高压工作环境下的产品，例如在600V以上环境的产品，通常也可选用IGBT开关管。

应理解，第一开关管可选用三极管、MOS管与IGBT开关管中的一种。

以第一开关管选用三极管为例，此时三极管的基极为第一开关管的控制端，三极管的发射极为第一开关管的第一端，三极管的集电极为第一开关管的第二端。

以第一开关管选用MOS管为例，此时MOS管的栅极为第二开关管的控制端，MOS管的源极为第二开关管的第一端，MOS管的漏极为第二开关管的第二端。

以第一开关管选用IGBT开关管为例，此时IGBT开关管的门极为第二开关管的控制端，IGBT开关管的发射极为第二开关管的第一端，IGBT开关管的集电极为第二开关管的第二端。

可选地，请再次参阅图3，开关模块10还包括第三电阻R3与钳位二极管DW2。其中，第三电阻R3的第一端与钳位二极管DW2的阴极以及IGBT开关管Q1的门极连接，第三电阻R3的第二端与分压模块的第二端连接，钳位二极管DW2的阳极连接于第一连接点P1。

第三电阻R3用于对IGBT开关管Q1的门极的电流进行限流，以防止IGBT开关管Q1的门极的电流过大而损坏IGBT开关管Q1。钳位二极管DW2用于对IGBT开关管的门极与发射极之间的电压进行钳位，以将IGBT开关管的门极与发射极之间的电压钳位在12V以内，即钳位在IGBT开关管Q1的工作电压范围内，以保护IGBT开关管Q1。

在一些实施方式中，反馈模块包括第四电阻R4与第一电容C1。第四电阻R4与第一电容C1并联连接后的电路的第一端与分压模块10的第二端以及开关模块20的第二端连接，第四电阻R4与第一电容C1并联连接后的电路的第二端连接于第一连接点P1。即第四电阻R4的第一端与第一电容C1的第一端皆连接至第一连接点P1，第四电阻R4的第二端与第一电容C1的第二端皆连接至第二连接点P2。

第四电阻R4作为反馈电阻使用，即第四电阻R4两端的电压几乎可等同为IGBT开关管Q1的门极与发射极的电压。第一电容C1用于对第一连接点P1上的的电压进行滤波，以滤去第一连接点P1上的的电压的干扰信号。

可选地，储能模块40包括第二电容C2，第二电容C2的两端分别与第一连接点P1以及输入电源200的负极VIN-(同时也是输出电源的负极VOUT-)连接。

第二电容C2起到储能滤波的作用，一方面通过第二电容C2的充放电过程能够使第一连接点P1上的电压在上升与下降过程变得平缓，另一方面，还对第一连接点P1上的电压进行滤波，滤去第一连接点P1上的电压中的高频干扰。

可选地，限流模块50包括第五电阻R5与第一二极管D1，其中，第五电阻R5的第一端与输入电源200的正极VIN+连接，第五电阻R5的第二端与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极与开关模块20的第一端连接，即第一二极管D1的阴极与IGBT开关管Q1的集电极连接。

第五电阻R5起到限流作用，第五电阻R5能够限制IGBT开关管Q1的集电极的电流。第一二极管D1用于防止后续的电压反过来对输入电压造成影响，例如，当第一连接点P1连接负载，且第一连接点P1上的电压由于负载异常等原因出现波动时，第一二极管D1能够防止该波动隐形到输入电源200的正极VIN+，以对输入电源200起到保护作用。

进一步地，低压差线性稳压器还包括第三电容C3。第三电容C3的两端分别与输入电源200的正极VIN+以及输入电源200的负极VIN-连接。

第三电容C3同样也用于储能滤波，其作用与第二电容C2类似，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。

实际应用中，当输出电源的正极VOUT+与负极VOUT-未连接后续负载，且在刚上电时，输入电源200通过第一电阻R1与第二电阻R2的分压，在第二连接点P2处形成大于0的基准电压，而此时第一连接点P1的电压为0，则第四电阻R4两端的电压为0，即IGBT开关管Q1的门极与发射极之间的电压差大于IGBT开关管Q1的开启电压，IGBT开关管Q1导通。同时，因为第五电阻R5的限流以及第二电容C2充电需要时间，所以第一连接点P1上的电压逐渐上升。

继而，随着第一连接点P1上的电压上升，且第二连接点P2的电压保持不变，则第一连接点P1与第二连接点P2之间的电压差逐渐减小，IGBT开关管Q1的门极与发射极之间的电压逐渐减小，导致IGBT开关管Q1的导通程度逐渐减小。但由于第二电容C2的储能效果，则第一连接点P1的电压仍会一直保持上升，直至第一连接点P1的电压与第二连接点P2的电压几乎相等，IGBT开关管Q1关断。

进一步地，当输出电源的正极VOUT+与负极VOUT-未连接后续负载后，第二电容C2上存储的电能会进行释放，以为后续负载提供供电电压。这时候，第一连接点P1的电压会减小，而第二连接点P2的电压保持不变，所以IGBT开关管Q1的门极与发射极之间的电压逐渐增大，IGBT开关管Q1的导通程度增大，输入电源200为第二电容C2充电的电量增大，又能够使第二电容C2上存储的电能增加，则使第一连接点P1的电压增大。换言之，通过控制IGBT开关管Q1的导通程度，能够使第二电容C2放电的电能与通过输入电源200为第二电容C2充电的电能达到一个动态平衡的过程，从而使第一连接点P1上的电压保持较为稳定。反之也是同样的，当后续负载所需供电电压减小，并使第二电容C2的放电速度变慢时，也会同时反馈至IGBT开关管Q1，并通过控制IGBT开关管Q1的导通程度，以使对第二电容C2的充电速度变慢，也能够使第一连接点P1上保持较为稳定的输出电压。

可见，随着所连接负载所需供电电压的不同，会对应的改变IGBT开关管Q1的导通程度，以使第一连接点P1上的电压保持稳定。即该低压差线性稳压器在实现稳压与降压功能的同时，还可适用于不同类型的负载，适应性强。并且，由图3可知，该低压差线性稳压器所采用的均为常见的小型电气元件，体积较小。同时，还是通过纯硬件电路实现，无需采用专用芯片等，成本较低。

本申请还提供一种电源设备，该电源设备包括如上任一实施例中的低压差线性稳压器。其中，在一实施例中，该电源设备可为LDO电源，即通过LDO实现的开关电源。

本申请提供的低压差线性稳压器100包括分压模块10、开关模块20、反馈模块30与储能模块40，其中，分压模块10的第一端与输入电源200的正极以及开关模块20的第一端连接，分压模块10的第二端与开关模块20的第一端以及反馈模块30的第一端连接，分压模块10的第二端与开关模块20的第二端以及反馈模块30的第一端连接，开关模块20的第三端与反馈模块30的第二端以及储能模块40的第一端连接，储能模块40的第二端与分压模块10的第三端以及输入电源200的负极连接，开关模块20的第三端、反馈模块30的第二端以及储能模块40的第一端之间的连接点为第一连接点P1，且第一连接点P1上的电压用于作为后续负载的供电电压。因此，当第一连接点P1上的电压变化(增大或减小)时，该变化会同时作用于开关模块20，使开关模块20切换其开关状态，以将第一连接点P1上的电压反向调节，从而使输出电压保持稳定，即实现了低压差线性稳压器的功能，并且，上述的各个模块均可通过简单的硬件电路实现，成本较低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。