CN113359915A - 一种低压差线性稳压电路、芯片及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种低压差线性稳压电路、芯片及电子设备,该电路包括功率管模块、比较模块、死区切换模块以及功率管开关控制模块,所述功率管模块包括多个功率管,所述比较模块包括至少三个比较器,每一比较器的第一输入端与所述稳压输出端连接,每一比较器的第二输入端用于接入与各自相对应的参考电压,所述死区切换模块与至少三个比较器的输出端连接,并用于根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,以及所述功率管开关控制模块用于根据所述死区切换模块输出的开关控制信号控制功率管的开关状态。通过采用至少三个比较器,可以减少轻负载时输出的电压振荡,同时保证输出电压的误差较小。
Description
技术领域
本公开实施例涉及电子电路技术领域,更具体地,涉及一种低压差线性稳压电路、芯片及电子设备。
背景技术
目前,市场上的数字低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO)能够在低压下工作,而且具有良好的可拓展性和可移植性,但数字LDO在轻负载时会产生很大的有限周期振荡,所以现有技术中通常采用一个死区控制,不过通过一个死区控制的作用很有限,在轻负载时,输出电压波动比较大,此时需要较大死区范围,否则输出电压可以轻易穿越死区,导致死区控制失效,但如果死区范围太大,会导致输出电压误差太大。因此,有必要提供一种可以减小轻负载时输出电压振荡,同时保证输出电压误差较小的技术方案。
发明内容
本公开实施例的一个目的是提供一种实现低压差线性稳压的新的技术方案。
根据本公开的第一方面,提供了一种低压差线性稳压电路,包括:
功率管模块,包括多个功率管,所述功率管模块连接在电源端与稳压输出端之间;
比较模块,所述比较模块包括至少三个比较器,每一比较器的第一输入端与所述稳压输出端连接,每一比较器的第二输入端用于接入与各自相对应的参考电压,其中,不同比较器对应不同的参考电压;
死区切换模块,所述至少三个比较器的输出端均与所述死区切换模块连接,所述死区切换模块用于在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,并根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,其中,每一死区范围由两个不同的参考电压构成;以及,
功率管开关控制模块,所述功率管开关控制模块与所述死区切换模块的输出端连接,所述功率管开关控制模块用于根据所述死区切换模块输出的开关控制信号,控制所述功率管模块中各功率管的开关状态。
可选地,所述低压差线性稳压电路还包括与所述不同的参考电压一一对应的参考电压提供模块,所述参考电压提供模块的参考电压输出端与相对应的比较器的第二输入端连接。
可选地,所述多个功率管具有相同的尺寸。
可选地,所述功率管开关控制模块包括移位寄存器和开关缓冲器;
所述移位寄存器的输入端与所述死区切换模块的输出端连接,用于接收所述开关控制信号,所述移位寄存器的输出端与所述开关缓冲器的输入端连接,所述开关缓冲器的输出端与所述功率管模块中各功率管的控制端连接。
可选地,所述比较模块包括三个比较器,第一比较器与第一参考电压相对应,第二比较器与第二参考电压相对应,第三比较器与第三参考电压相对应,所述第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压依次降低,所述第一参考电压与所述第三参考电压构成第一死区范围,所述第二参考电压与所述第三参考电压构成第二死区范围。
可选地,所述根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,包括:
在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压在所述目标死区范围内的情况下,输出第一开关控制信号,其中,所述第一开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块不改变所述各功率管的开关状态的信号;
在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压高于所述目标死区范围的情况下,输出第二开关控制信号,其中,所述第二开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块减少处于开启状态的功率管的数量的信号;
在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压低于所述目标死区范围的情况下,输出第三开关控制信号,其中,所述第三开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块增加处于开启状态的功率管的数量的信号。
可选地,所述在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,包括:
在所述低压差线性稳压电路进行工作状态之后,先选择由最高参考电压和最低参考电压构成的死区范围作为所述目标死区范围;
在所述至少三个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压稳定在所述目标死区范围内的情况下,选择其他死区范围作为所述目标死区范围。
可选地,所述比较模块包括三个比较器,三个比较器与三个参考电压一一对应,第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压依次降低,所述第一参考电压与所述第三参考电压构成第一死区范围,所述第二参考电压与所述第三参考电压构成第二死区范围;
所述由最高参考电压和最低参考电压构成的死区范围为所述第一死区范围,所述其他死区范围为所述第二死区范围。
根据本公开的第二方面,还提供了一种低压差线性稳压芯片,包括外壳和第一方面所述的低压差线性稳压电路,所述外壳设置有引脚,所述低压差线性稳压电路封装在所述外壳中,所述低压差线性稳压电路的稳压输出端与对应的引脚电连接。
根据本公开的第三方面,还提供了一种电子设备,包括第一方面所述的低压差线性稳压电路,或者包括第二方面所述的低压差线性稳压芯片。
本公开实施例的一个有益效果在于,根据本实施例的低压差线性稳压电路,至少三个比较器组成比较模块,死区切换模块又与比较模块中的至少三个比较器的输出端连接,所述死区切换模块在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,并根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,这样,所述功率管开关控制模块根据所述死区切换模块输出的开关控制信号,控制所述功率管模块中各功率管的开关状态,做到减少轻负载时输出的电压振荡,同时保证输出电压的误差较小的目的。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述,本公开实施例的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例,并且连同其说明一起用于解释本公开实施例的原理。
图1是能够应用本公开实施例的低压差线性稳压电路的组成结构示意图;
图2是能够应用本公开实施例的功率管开关模块的组成结构示意图;
图3是根据一个实施例的第一死区控制示意图;
图4是根据一个实施例的第二死区控制示意图;
图5是能够应用本公开实施例的低压差线性稳压芯片的组成结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本公开实施例的低压差线性稳压电路可应用于低压差线性稳压器等器件及电子设备,在实现低压差线性稳压的过程中,发明人发现在轻负载时,电流调节步幅相对于负载电流来说比较大,而且过调节情况加剧,导致输出电压波动比较大,此时需要较大死区范围,否则输出电压可以轻易穿越死区,导致死区控制失效,但如果死区范围太大,会导致输出电压误差太大的问题。
针对以上实施方式存在的技术问题,发明人提出了一种低压差线性稳压电路、电子设备及一种稳压芯片,具体如下:
图1是能够应用本公开实施例的低压差线性稳压电路的组成结构示意图。可如图1所示,该电路包括比较模块101、死区切换模块102、功率管开关控制模块103和功率管模块104,所述比较模块101包括至少三个比较器,例如包括第一比较器1011、第二比较器1012和第三比较器1013,每一比较器的第一输入端与所述稳压输出端连接,每一比较器的第二输入端用于接入与各自相对应的参考电压,其中,不同比较器对应不同的参考电压;所述死区切换模块102与所述至少三个比较器的输出端连接,并用于在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,并根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,其中,每一死区范围由两个不同的参考电压构成;所述功率管开关控制模块104与所述死区切换模块102的输出端连接,还用于根据所述死区切换模块102输出的开关控制信号,控制所述功率管模块104中各功率管的开关状态;所述功率管模块104包括多个功率管,连接在电源端与稳压输出端之间。
该比较模块101所包括的比较器的数量可以根据需求设定(至少三个),在此不做限定。
所述功率管模块104所包括的功率管的数量可以根据需求设定,并且每一功率管具有相同的尺寸,在此不做限定。
在一些实施例中,根据图1所示的低压差线性稳压电路,所述功率管模块104的栅极连接功率管开关控制模块103的输出端,所述功率管模块104的源极接电源端,即VDD,所述功率管模块104的漏极为输出端,输出Vout(输出电压),并在输出端接电容Cout,以及通过电容Cout接地。
根据图1所示的低压差线性稳压电路,其设置有至少两个死区范围,死区切换模块102可以根据比较模块输出的信号,确定稳压输出端的输出电压所在的最小死区范围,并根据该最小死区范围选择相匹配的目标死区范围,例如,将该最小死区范围作为目标死区范围,以根据该目标死区范围输出用于控制功率管模块104的各功率管的开关状态的开关控制信号,在此,由于死区切换模块102可以选择与输出电压相匹配的死区范围作为目标死区范围,进行功率管的控制,因此,本实施例的稳压电路可以避免超调,又可以保证稳压精度。
在一些实施例中,所述低压差线性稳压电路还包括与所述不同的参考电压一一对应的参考电压提供模块,所述参考电压提供模块的参考电压输出端与相对应的比较器的第二输入端连接,为不同的比较器提供对应的参考电压。
在另外的实施例中,以上参考电压也可以由独立于低压差线性稳压电路的外部电路提供,在此不做限定。
在一个实施例中,如图1所示,第一比较器1011对应的第一参考电压V1、第二比较器1012对应的第二参考电压V2和第三比较器1013对应的第三参考电压V3可由同一个参考电压提供模块提供,也可由三个参考电压提供模块提供。
在另一个实施例中,所述不同的参考电压也可通过外部电路来提供,在此不做限定。
在一些实施例中,如图2是能够应用本公开实施例的功率管开关控制模块的组成结构示意图,所述功率管开关控制模块203包括移位寄存器2031和开关缓冲器2032,结合图2和图1所示:
所述移位寄存器2031的输入端与所述死区切换模块102的输出端连接,用于接收所述开关控制信号,所述移位寄存器2031的输出端与所述开关缓冲器2032的输入端连接,所述开关缓冲器2032的输出端与所述功率管模块104中各功率管的控制端连接。
在一些实施例中,结合图1和图2的实施例,所述比较器模块101输出的信号后,所述死区切换模块102会接受并处理所述比较器模块101输出的信号,将开关控制信号通过输出端发送给所述移位寄存器2031,所述移位寄存器2031接收到开关控制信号后,会进行移位,并通过开关缓冲器2032控制所述功率管模块104开启或关闭功率管阵列。
其中,开关缓冲器2032在开启或关闭功率管的过程中,会增加移位寄存器2031的驱动能力,实现快速开启和关闭功率管模块104中的功率管。
如图1所示的实施例,所述比较模块101包括第一比较器1011、第二比较器1012和第三比较器1013,所述第一比较器1011与第一参考电压相对应,所述第二比较器1012与第二参考电压相对应,所述第三比较器1013与第三参考电压相对应,所述第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压依次降低,所述第一参考电压与所述第三参考电压构成第一死区范围,所述第二参考电压与所述第三参考电压构成第二死区范围。
在一些实施中,所述在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,具体如下:
在所述低压差线性稳压电路进行工作状态之后,先选择由最高参考电压和最低参考电压构成的死区范围作为所述目标死区范围;
在所述至少三个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压稳定在所述目标死区范围内的情况下,选择其他死区范围作为所述目标死区范围。
结合图1所示的实施例,在该低压差线性稳压电路进行工作状态之后,死区切换模块102会优先选择第一参考电压V1和第三参考电压V3构成的死区范围作为所述目标死区范围[V3,V1],在该输出电压稳定在所述目标死区范围[V3,V1]后,死区切换模块102会继续选择第二参考电压V2和第三参考电压V3构成的死区范围作为所述目标死区范围[V3,V2],通过采用两个死区范围的方式,能够减少轻负载时输出的电压振荡,同时保证输出电压的误差较小的目的。
在一些实施例中,所述比较模块包括三个比较器,三个比较器与三个参考电压一一对应,第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压依次降低,所述第一参考电压与所述第三参考电压构成第一死区范围,所述第二参考电压与所述第三参考电压构成第二死区范围;
所述由最高参考电压和最低参考电压构成的死区范围为所述第一死区范围,所述其他死区范围为所述第二死区范围。
在一个实施例中,结合图1所示的实施例,所述比较模块101的第一比较器1011与第一参考电压V1对应,、第二比较器1012与第二参考电压V2对应,以及第三比较器1013与第三参考电压V3对应,第一参考电压V1、第二参考电压V2和第三参考电压V3依次降低,所述第一参考电压V1与所述第三参考电压V3构成第一死区范围[V3,V1],所述第二参考电压V2与所述第三参考电压V3构成第二死区范围[V3,V2],其中最高参考电压时第一参考电压V1,最低参考电压是第三参考电压V3。
在一些实施例中,死区切换模块102根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,可以包括以下三种情况:
第一种情况:在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压在所述目标死区范围内的情况下,输出第一开关控制信号,其中,所述第一开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块不改变所述各功率管的开关状态的信号。
第二种情况:在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压高于所述目标死区范围的情况下,输出第二开关控制信号,其中,所述第二开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块减少处于开启状态的功率管的数量的信号;
第三种情况:在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压低于所述目标死区范围的情况下,输出第三开关控制信号,其中,所述第三开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块增加处于开启状态的功率管的数量的信号。
该实施例中,死区切换模块102在目标死区范围对应的两个比较器输出的信号表示稳压输出端的电压在所述目标死区范围内的情况下,输出第一开关控制信号,可以避免超调;在此两个比较器输出的信号表示稳压输出端的电压高于目标死区范围的情况下,输出第二开关控制信号,以逐次关闭功率管,以及,在此两个比较器输出的信号表示稳压输出端的电压低于目标死区范围的情况下,输出第三开关控制信号,以逐次开启功率管,可以提高稳压精度。
在一个实施例中,通过预设的参考电压,可通过死区切换模块切换不同的死区范围,若输出电压是大于死区范围的任一电压值,则输出的控制信号就是关闭功率管的数量的信号;若输出电压是小于死区范围的任一电压值,则输出的控制信号就是开启功率管的数量的信号;若输出电压的电压值位于所述死区范围内,则输出的控制信号就是保持各功率管的开关状态的信号。
在一个实施例中,结合图1和图3所示,当负载电流发生变化,导致输出电压变化,死区切换模块102将死区范围切换到所述第一死区范围[V3,V1],V1表示死区的上限电压值,V3表示死区的下限电压值,此时第三参考电压V3对应的所述第三比较器和第一参考电压V1对应的所述第一比较器开始起作用,用于控制功率管开关模块103。
在t1时刻,当输出电压大于第一参考电压时,即Vout>V1,上限比较器(第一比较器)的输出HC1=1,比较器模块101在时钟上升沿判断输出电压的大小,通过死区切换模块将开关控制信号发送功率管开关控制模块103,所述功率管开关控制模块103在时钟上升沿控制功率管模块104依次关闭功率管。
在t2时刻,输出电压稳定在所述第一死区范围[V3,V1]内,即V3<Vout<V1,上限比较器(第一比较器)的输出HC1=0,下限比较器(第三比较器)的输出LC3=1,由于在t1时刻关闭了过多的功率管,所以输出电压缓慢下降。
在t3时刻,当输出电压小于第三参考电压,即Vout<V3,下限比较器(第三比较器)的输出LC3=0,比较器模块101在时钟上升沿判断输出电压的大小,通过死区切换模块将开关控制信号发送功率管开关控制模块103,所述功率管开关控制模块103在时钟上升沿控制功率管模块104依次开启功率管。
在t4时刻,输出电压再次稳定在所述第一死区范围[V3,V1]内,即V3<Vout<V1。
在另一个实施例中,死区切换模块102将死区范围切换到所述第一死区范围[V3,V1]后,经过电路调节,输出电压稳定在所述第一死区范围[V3,V1]内,即V3<Vout<V1,由于所述第一死区范围[V3,V1]范围较大,所以死区切换模块102再次将死区范围切换到所述第二死区范围[V3,V2],V2表示死区的上限电压值,V3表示死区的下限电压值,此时第三参考电压V3对应的所述第三比较器和第二参考电压V2对应的所述第二比较器开始起作用,用于控制功率管开关模块103。
结合图4所示,在t6时刻,当输出电压大于第二参考电压时,即Vout>V2,上限比较器(第二比较器)的输出HC2=1,比较器模块101在时钟上升沿判断输出电压的大小,通过死区切换模块将开关控制信号发送功率管开关控制模块103,所述功率管开关控制模块103在时钟上升沿控制功率管模块104依次关闭功率管。
在t7时刻,输出电压稳定在所述第二死区范围[V3,V2]内,即V3<Vout<V2,上限比较器(第二比较器)的输出HC2=0,下限比较器(第三比较器)的输出LC3=1,由于在t1时刻关闭了过多的功率管,所以输出电压缓慢下降。
在t8时刻,当输出电压小于第三参考电压,即Vout<V3,下限比较器(第三比较器)的输出LC3=0,比较器模块101在时钟上升沿判断输出电压的大小,通过死区切换模块将开关控制信号发送功率管开关控制模块103,所述功率管开关控制模块103在时钟上升沿控制功率管模块104依次开启功率管。
在t9时刻,输出电压再次稳定在所述第一死区范围[V3,V2]内,即V3<Vout<V2。
在另外的实施例中,比较器模块101也可在时钟下降沿判断输出电压的大小,所述功率管开关控制模块103也可在时钟下降沿控制功率管模块104,在此就不限定。
在一些实施例中,图5是能够应用本公开实施例的低压差线性稳压芯片的组成结构示意图。如图5所示,应用本公开实施例的一种低压差线性稳压芯片,低压差线性稳压芯片302包括外壳3021和上述实施例中任一个所述的低压差线性稳压电路301,在外壳3021设置有引脚3022,所述低压差线性稳压电路301封装在所述外壳3021中,所述低压差线性稳压电路301的稳压输出端与对应的引脚3022电连接。
在一些实施例中,应用本公开实施例的一种电子设备,其特征在于,包括上述实施例中任一个所述的低压差线性稳压电路,或上述实施例中的的低压差线性稳压芯片。
通过本发明实施例的方案,增加比较器的数量,进而引进多个死区范围,能够达到减少轻负载时输出的电压振荡,同时保证输出电压的误差较小的目的。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种低压差线性稳压电路,其特征在于,包括:
功率管模块,包括多个功率管,所述功率管模块连接在电源端与稳压输出端之间;
比较模块,所述比较模块包括至少三个比较器,每一比较器的第一输入端与所述稳压输出端连接,每一比较器的第二输入端用于接入与各自相对应的参考电压,其中,不同比较器对应不同的参考电压;
死区切换模块,所述至少三个比较器的输出端均与所述死区切换模块连接,所述死区切换模块用于在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,并根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,其中,每一死区范围由两个不同的参考电压构成;以及,
功率管开关控制模块,所述功率管开关控制模块与所述死区切换模块的输出端连接,所述功率管开关控制模块用于根据所述死区切换模块输出的开关控制信号,控制所述功率管模块中各功率管的开关状态。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压电路,其特征在于,所述低压差线性稳压电路还包括与所述不同的参考电压一一对应的参考电压提供模块,所述参考电压提供模块的参考电压输出端与相对应的比较器的第二输入端连接。
3.根据权利要求2所述的控制电路,其特征在于,所述多个功率管具有相同的尺寸。
4.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述功率管开关控制模块包括移位寄存器和开关缓冲器;
所述移位寄存器的输入端与所述死区切换模块的输出端连接,用于接收所述开关控制信号,所述移位寄存器的输出端与所述开关缓冲器的输入端连接,所述开关缓冲器的输出端与所述功率管模块中各功率管的控制端连接。
5.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述比较模块包括三个比较器,第一比较器与第一参考电压相对应,第二比较器与第二参考电压相对应,第三比较器与第三参考电压相对应,所述第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压依次降低,所述第一参考电压与所述第三参考电压构成第一死区范围,所述第二参考电压与所述第三参考电压构成第二死区范围。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制电路,其特征在于,所述根据所述目标死区范围对应的两个比较器输出的信号,输出开关控制信号,包括:
在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压在所述目标死区范围内的情况下,输出第一开关控制信号,其中,所述第一开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块不改变所述各功率管的开关状态的信号;
在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压高于所述目标死区范围的情况下,输出第二开关控制信号,其中,所述第二开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块减少处于开启状态的功率管的数量的信号;
在所述两个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压低于所述目标死区范围的情况下,输出第三开关控制信号,其中,所述第三开关控制信号为使得所述功率管开关控制模块增加处于开启状态的功率管的数量的信号。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的控制电路,其特征在于,所述在各死区范围中选择一死区范围作为目标死区范围,包括:
在所述低压差线性稳压电路进行工作状态之后,先选择由最高参考电压和最低参考电压构成的死区范围作为所述目标死区范围;
在所述至少三个比较器输出的信号表示所述稳压输出端的电压稳定在所述目标死区范围内的情况下,选择其他死区范围作为所述目标死区范围。
8.根据权利要求7所述的控制电路,其特征在于,所述比较模块包括三个比较器,三个比较器与三个参考电压一一对应,第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压依次降低,所述第一参考电压与所述第三参考电压构成第一死区范围,所述第二参考电压与所述第三参考电压构成第二死区范围;
所述由最高参考电压和最低参考电压构成的死区范围为所述第一死区范围,所述其他死区范围为所述第二死区范围。
9.一种低压差线性稳压芯片,包括外壳和权利要求1至8中任一项所述的低压差线性稳压电路,所述外壳设置有引脚,所述低压差线性稳压电路封装在所述外壳中,所述低压差线性稳压电路的稳压输出端与对应的引脚电连接。
10.一种电子设备,其特征在于,包括权利要求1至8中任一项所述的低压差线性稳压电路,或者包括权利要求9所述的低压差线性稳压芯片。
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