[发明专利]一种线性电压转换器及电源系统

说明书

本发明提供一种线性电压转换器及电源系统，涉及电源管理技术领域，解决极小功率或无功率的负载下，核心级的误差放大器无法提供足够的增益，影响线性电压转换器的性能的技术问题。该线性电压转换器包括LDO核心级、LDO缓冲级和LDO输出级；LDO核心级由电池进入切换式电源转换器的输入电压V_IN进行供电，LDO输出级的传输MOS管为一个或数个组成传输MOS管阵列（Mpass1）；或LDO核心级由切换式电源转换器转换后的电压V_OUT进行供电，LDO输出级的传输MOS管为并联的多个并构成传输MOS管阵列（M_pass1、M_pass2、M_pass3），还包括LDO感测级；LDO感测级通过感测传输MOS管的电压或电流信号控制传输MOS管的接入数量。本发明在极小功率或无功率的负载下提供足够的开回路增益，不影响性能。

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，尤其是涉及一种线性电压转换器及电源系统。

背景技术

在无线通讯技术系统快速发展之下，研发低成本、高效能、低功耗之无线射频集成电路日益迫切，目前全球正进入一个各种系统都需要采集和交换资料的物联网（Internetof Things，IoT）时代，传感器以无线方式传输资料的物联网中，如果传感器采用电池供电，功耗受限且必须持续很长时间的话，低功耗WiFi发挥至关重要的角色。如图1所示，在SoC（System on Chip，系统级芯片）电源架构中，LDO（low dropout regulator）作为一种低压差线性稳压器，使用越来越普遍。为提高整体电能转换效率，上层采用切换式电源转换器，电池进入切换式电源转换器的为输入电压V_IN，经过切换式电源转换器转换后的电压为V_OUT（V_INV_OUT）。中层采用数个线性电压转换器，让下层多个模拟或数字负载电路彼此之间有很好的隔离度，进而提高传输效能。

根据负载功率公式P_负载功率=P_OUT/P_IN=V_OUT*I_OUT/V_IN*I_IN，想要达到更低功耗的目标，主要可以从三个地方改善。（1）降低负载电压V_LDO，使负载功率变小（P=VI），不过由于负载可操作时的最低电压受限于制程技术，无法随意调降。（2）提高切换式电源转换器的转换效率，如表1所示为切换式电源转换器的转换效率情况，在相同的负载功率下，输入功率会随着效率提高而减少，达到长时间使用目标。但是转换效率也存在着极限值，也会受限于电路设计及外部元件的选取。（3）降低切换式电源转换器输出电压V_OUT，如表2所示为切换式电源转换器的输出电压调整，在相同的转换效率下，输入跟输出功率会随着输出电压降低而减少，进而达到低功耗目标。由于在固定的负载电压V_LDO下，愈低的V_OUT使线性电压转换器可以操作区间更小，而又要承受大范围的负载电流，增加了设计上的困难。

表1 切换式电源转换器的转换效率