[发明专利]一种基于时间数字转换的低压差稳压电路

权利要求书

1.一种基于时间数字转换的低压差稳压电路，其特征在于：该电路包括时间数字转换单元、控制单元、晶体管阵列和负载；

所述的时间数字转换单元包含电容C，所述的电容C一端与单刀双掷开关S2的不动端相连，另一端与单刀双掷开关S1的不动端相连；所述的单刀双掷开关S2的两个动端分别与输出电压Vout和电源地GND相连，所述的单刀双掷开关S1的一个动端接入电压VIL，另一个动端与直流电流源I相连，所述的直流电流源I另一端与电源VDD相连；所述的单刀双掷开关S1的不动端与单刀双掷开关S3的一个动端相连，所述的单刀双掷开关S3的另外一个动端与电源地GND相连，所述的单刀双掷开关S3的不动端与D触发器FF1的时钟端相连，所述的D触发器FF1的输入端与缓冲器B1的输出端相连，所述的缓冲器B1的输入端与开关S4相连，所述的开关S4另一端与电源VDD相连；所述的缓冲器B1的输出端与缓冲器B2相连，所述的缓冲器B2的输出端与缓冲器B3的输入端相连，将n个缓冲器以此方式进行级联，缓冲器B1、B2、B3及Bn的输出端分别与D触发器FF1、FF2、FF3及FFn的输入端相连，所述的n个D触发器的时钟端均与单刀双掷开关S3的不动端相连，所述的n个D触发器的输出端并行接入控制单元；

所述的控制单元包括数字减法器U1和数字PID控制单元U2，所述的数字减法器U1的减数输入端与D触发器FF1、FF2及FFn的输出端相连，被减数输入端接入数字参考电压Vref，输出端与PID控制单元U2的输入端相连，所述的PID控制单元U2以并行的方式与晶体管阵列相连；所述的晶体管阵列由n个PMOS晶体管组成，每一个晶体管的栅极分别与PID控制单元U2输出端的不同位相连，所述的n个晶体管的源极与输入电压Vin相连，漏极与输出电压Vout以及负载相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间数字转换的低压差稳压电路，其特征在于：整个电路通过改变晶体管阵列中处于开启状态的晶体管数量来改变输出电流，进而对输出电压进行调节；即当负载或输入电压外部条件发生变化时，输出电压偏离参考电压，PID控制单元根据二者之间的差异控制来开启的晶体管数量，输出电压能重新达到稳定状态，维持原有水平不变。

3.根据权利要求1所述的一种基于时间数字转换的低压差稳压电路，其特征在于：通过设置PID控制单元的参数，实现对调节速度的控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于时间数字转换的低压差稳压电路，其特征在于：n个D触发器FF1、FF2及FFn完全相同，在时钟上升沿触发，所述的n个缓冲器B1、B2及Bn完全相同，其数量与D触发器数量一致，具体根据对调节精度的不同要求进行设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于时间数字转换的低压差稳压电路，其特征在于：所述的数字减法器U1采用数字电路实现，其输入与输出均为n位数字量，能够实现对输出电压Vout误差的计算，所述的PID控制单元U2为数字PID控制器，根据输入的数字误差量对系统进行调节，通过设置不同的参数能够控制调节速度，参数P取1，参数D取0，参数I在频率Fs的0.1至1倍之间；所述的PID控制单元U2并行输出n位数字量，每一位输出分别与一个晶体管的栅极相连，所述的n个晶体管M1、M2、…、Mn完全相同，为P型MOS晶体管，当所述晶体管的栅极输入高电平时，处于关断状态，漏电流为0，当所述晶体管的栅极输出低电平时，处于开启状态，漏电流为Id；每个晶体管开启时的漏电流Id可根据负载大小和输出电压Vout进行确定。

6.根据权利要求1所述的一种基于时间数字转换的低压差稳压电路，其特征在于：当开关S1、S2、S3、S4处于第1相时，电容C在电压VIL和输出电压Vout的共同作用下进行充电，电容C上的电压为VIL与Vout的差，即VIL-Vout；当开关S1、S2、S3、S4切换至第2相的瞬间，电容C下极板与电源地相连，上极板电压为VIL-Vout，电流源I开始为电容C充电，同时缓冲器B1的输入端与电源VDD相连，高电平信号开始在缓冲器阵列中进行传递；当电容C的上极板电压被充电至VIL后，第2相结束，D触发器的时钟端出现上升沿，此时高电平在缓冲器阵列中传递了一定距离，与之对应的D触发器输出高电平，而VDD产生的高电平信号尚未到达其余缓冲器，与这一部分缓冲器对应的D触发器输出低电平；当输出电压Vout高于Vref时，电容C被充电至VIL所需时间增加，第2相延后结束，VDD产生的高电平信号传输距离延长，输出高电平的D触发器数量增加，减法器U1输出为负，在PID控制单元的作用下处于开启状态的PMOS数量减少，输出电流减小，输出电压Vout减小；当输出电压Vout低于Vref时，电容C被充电至VIL所需时间减少，第2相提前结束，VDD产生的高电平信号传输距离缩短，输出高电平的D触发器数量减少，减法器U1输出为正，在PID控制单元的作用下处于开启状态的PMOS数量增加，输出电流增加，输出电压Vout增大，最终实现稳压的目的。