用于线性电压调节器的系统和方法技术方案

本发明专利技术提出了一种操作功率供应的方法，其包括测量所述功率供应的输出信号，基于所测量的输出信号确定控制电压，以及确定电压跟随器电路的供应电压是否大于第一阈值。当所述电压跟随器电路的供应电压大于所述第一阈值时，在第一模式中，所述控制电压被施加至所述电压跟随器电路的输入并且所述电压跟随器电路的输出被施加至输出晶体管的控制节点。当所述电压跟随器电路的供应电压不大于所述第一阈值时，在第二模式中，所述电压跟随器电路被关闭并且所述控制电压被施加至所述输出晶体管的所述控制节点。

【技术实现步骤摘要】
用于线性电压调节器的系统和方法
本申请一般涉及电子器件，尤其涉及一种用于线性电压调节器的系统和方法。
技术介绍
很多电子器件(譬如，微控制器、中央处理单元CPU、存储器件以及类似的器件)要求确定的供应电压。线性电压调节器可以被用来从高于该种确定的电压的输入电压来提供该种确定的电压。线性电压调节器包括被连接在用于接收该输入电压的供应输入和用于提供该确定电压至负载的输出之间的传输器件(passdevice)，譬如晶体管。控制电路控制该传输器件，从而所提供的电压等于该确定的电压。用于线性调节器的控制电路可以利用模拟控制电路、数字控制电路或二者的接合来实现。当数字控制电路和方法被使用时，线性电压调节器可以包括被配置为对功率供应的输出进行采样并且转换所采样的输出至数字域的电路。一旦所采样的输出在数字域中被处理，一控制信号被施加到该传输器件。电压调节器的一般说明中的一些包括负载瞬态响应、压差、输出电压纹波和电源抑制比。负载瞬态响应关于该电压调节器对改变的负载条件的响应速度。负载瞬态响应可能被限制，例如，被调节环路中的稳定性考虑所限制。在一些情况中，数字控制器的量化和采样的特性可以减少功率供应的相位裕度。压差关于在仍然保持运行的情况下调节器输入电压与所控制的输出电压之间的相差的程度，以及电压纹波关于输出电压处看到的电压扰动的幅度，其在一些情况下是周期性的。再者，数字控制器的量化和采样的特性可能导致数字控制线性电压调节器中的电压纹波。最后，电源抑制比关于线性电压调节器抑制其供应电压中的变化的能力。
技术实现思路
依据一实施例，操作功率供应的方法包括测量所述功率供应的输出信号，基于所测量的输出信号确定控制电压，以及确定电压跟随器电路的供应电压是否大于第一阈值。当所述电压跟随器电路的供应电压大于所述第一阈值时，在第一模式中，所述控制电压被施加至所述电压跟随器电路的输入并且所述电压跟随器电路的输出被施加至输出晶体管的控制节点。当所述电压跟随器电路的供应电压不大于所述第一阈值时，在第二模式中，所述电压跟随器电路被关闭并且所述控制电压被施加至所述输出晶体管的所述控制节点。附图说明为了对本专利技术及其优点更完整的理解，结合附图来参考以下描述，附图包括：图1示出了线性电压调节器的实施例；图2示出了显示旁路模式的实施例的图；图3示出了另一种线性电压调节器的原理图；图4A-B示出了另一种线性电压调节器的原理图；图5示出了实施例的方法的流程图；图6示出了另一种线性电压调节器的原理图。不同图中的一致的数字和符号通常指向一致的部件。附图被绘制以清楚地示出优选实施例的相关方面并且不必按比例绘制。为了更清楚地示出特定的实施例，指示多种的相同结构、材料或处理步骤的字母可以跟随图示的数字。具体实施方式当前优选的实施例的制造和使用在下面被详细讨论。然而，应该理解的是，本专利技术提供了多个能被体现在多种特定内容中的可利用的创造性概念。这里讨论的特定的实施例仅仅是描述本专利技术制造和使用的特定的方式，并部用来限制本专利技术的范围。本专利技术将参照特定内容中的优选实施例来描述：用于线性电压调节器的系统和方法。虽然示例的实施例被指向数字控制现行电压调节器，本专利技术可以被用于其他系统和系统，包括模拟线性电压调节器、功率供应系统、控制系统和其他电子系统。在本专利技术的实施例中，数字控制线性电压调节器包括由电压跟随器晶体管驱动的传输器件。该电压跟随器晶体管由电阻负载持续时间电流模拟数字转换器(IDAC)。在运行中，功率经由外部功率供应被供应至电压跟随器晶体管。然而，在低供应条件下，该电压跟随器晶体管被旁路并且该传输器件由IDAC的输出直接驱动。在这些低供应条件下的动态性能可以通过调整数字控制算法和改变IDAC的阻性负载来补偿。另外，通过使用IDAC的升压功率供应可以实现低压差。数字控制线性电压调节器的稳定性通过将与电压跟随器电路和IDAC的输出相关联的极点设计为高于调节器的开路带宽或允许两个中的一个由来自PID控制器的零点来补偿来增强。另外，低电压纹波可以通过保持IDACLSB电流和负载电阻的产物小于耦接至数字控制器的输入的模数转换器的LSB来实现。图1描述了包括耦接至负载126和电容器124的集成电路(IC)102数字控制线性电压调节器的实施例的原理图。在实施例中，IC102包括执行功率供应输出电压Vout模数转换并且提供数字值至数字控制器104的ADC110。数字控制器104提供了数字值至IDAC108，IDAC108的输出耦接至电阻112和驱动传输晶体管116的PMOS源跟随器晶体管114。模式控制电路111关闭流至PMOS源跟随器晶体管114的偏置电流，将IDAC108的输出耦接至传输晶体管116的栅极，并且当供应电压VDD1减少至接近压差的点时，调整电阻器112的值。在一实施例中，ADC110被使用8位逐次逼近ADC来实现。根据特定的实施例，ADC110使用20MHz时钟并且在13个时钟周期中执行模数转换。可以理解的是，在可替换的实施例中，可以使用具有不同位数的ADC、不用的时钟频率和不同的规格的ADC。另外，根据特定实施例的特定规格，不同结构的ADC可以被使用。数字控制器104可以使用执行代码的处理器、使用硬连线逻辑或使用本领域已知的其他数字逻辑来实现。在一实施例中，数字控制器104执行数字控制算法，该算法包括例如比例积分微分(PID)控制器。在一些实施例中，数字控制器104还可以确定环路错误信号。IDAC108响应于由数字控制器104提供的数字值来产生输出电流。在一实施例中，根据本领域中已知的电路和方法，IDAC108可以使用多个二级制加权电流源和/或温度计编码单元电流源，或二者的接合来实现。可替换的，其他IDAC架构也可以被使用。在实施例中，电荷泵106提供升高的功率供应至IDAC108以增加其输出恒定范围。例如，在一实施例中，ADC110和数字控制器104可以使用1.5V功率供应供电，而IDAC108可以使用由电荷泵106提供的7.5V功率供应运行。如此，ADC110和数字控制器104可以使用例如精细几何尺寸的低压晶体管来实现，同时IDAC108中电路中的全部或一部分和电荷泵106可以使用高压器件来实现。可替换的，其他功率供应电压和半导体技术分割也可以被使用。在一些实施例中，可选的DC电压源132和134可以被布置为和电阻112和PMOS电压跟随器晶体管114分别串联。通过使用电压源132和134，IDAC108的输出范围可以被减少，从而减小IDAC108的尺寸。在一些实施例中，电压源132和134是可调整的和/或可控的。在一实施例中，对PMOS源跟随器晶体管114供电的功率供应电压VDD1和对传输晶体管116供电的功率供应电压VDD2可以在约5.5V至约40V的范围内，同时线性电压调节器100的控制输出电压Vout可以在3.3V到5V之间，取决于数字控制器104是如何配置的。可替换的，其他功率供应电压范围和控制的输出电压范围也可以被使用。随着VDD1的电压接近5.5V，假设调节的输出电压是5V，偏置网络122可能开始失去依从性。例如，如果VDD1在5.5时运行，并且Vout被设置为5.0V，那对于偏置网络122存在极少的动态余量(如果有的话)以提供电流至PMO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作功率供应的方法，所述方法包括：测量所述功率供应的输出信号；基于所测量的输出信号确定控制电压；确定电压跟随器电路的供应电压是否大于第一阈值；当所述电压跟随器电路的供应电压大于所述第一阈值时，在第一模式中施加所述控制电压至所述电压跟随器电路的输入并且施加所述电压跟随器电路的输出至输出晶体管的控制节点；以及当所述电压跟随器电路的供应电压不大于所述第一阈值时，在第二模式中关闭所述电压跟随器电路并且施加所述控制电压至所述输出晶体管的所述控制节点。

【技术特征摘要】
2014.05.27 US 14/287,9441.一种操作功率供应的方法，所述方法包括：测量所述功率供应的输出信号；基于所测量的输出信号确定控制电压；确定电压跟随器电路的供应电压是否大于第一阈值；当所述电压跟随器电路的供应电压大于所述第一阈值时，在第一模式中施加所述控制电压至所述电压跟随器电路的输入并且施加所述电压跟随器电路的输出至输出晶体管的控制节点；以及当所述电压跟随器电路的供应电压不大于所述第一阈值时，在第二模式中关闭所述电压跟随器电路并且施加所述控制电压至所述输出晶体管的所述控制节点。2.如权利要求1所述的方法，其中确定所述控制电压包括：基于所测量的输出信号确定连续控制电流；以及施加所述连续控制电流至电阻器以确定所述控制电压。3.如权利要求2所述的方法，其中所述电阻器包括在所述第一模式期间的第一值和在所述第二模式期间的第二值，所述第一值小于所述第二值。4.如权利要求2所述的方法，其中确定所述连续控制电流包括：在所述第一模式中将第一控制算法应用于所测量的输出信号，并且在第二模式中将第二控制算法应用于所测量的输出信号。5.如权利要求2所述的方法，还包括：以第一分辨率将所测量的输出信号转换至数字域；对所转换的测量的输出信号执行数字控制算法来确定数字电流值；以及通过执行数字至模拟转换来将所述数字电流值转换为所述连续控制电流。6.如权利要求5所述的方法，其中所述连续控制电流的最低有效位的电流乘以所述电阻器的电阻所得的乘积小于第一分辨率。7.如权利要求1所述的方法，其中确定所述控制电压包括使用数字至模拟转换器。8.一种集成电路，包括：功率供应控制器，其具有与所述集成电路的功率供应输出端子耦接的输入；输出级，其耦接至所述功率供应控制器的输出；跟随器电路，其具有与所述输出级的输出耦接的输入；输出晶体管，其具有与所述跟随器电路的输出耦接的输入以及与所述功率供应输出端子耦接的输出；以及供应选择电路，其被配置为当外部功率供应端的电压高于第一阈值时，在第一模式下自所述外部功率供应端提供供应电流至所述跟随器电路，并且当所述外部功率供应端的电压低于所述第一阈值时，在第二模式下关闭所述跟随器电路并且提供电压至所述输出晶体管的所述输入。9.如权利要求8所述的集成电路，其中所述输出级包括与所述功率供应控制器的输出耦接的升高的电流输出级，其中所述升高的电流输出级被配置为提供连续电流；以及所述集成电路还包括与所述电流输出级的输出耦接的第一分流电阻器。10.如权利要求9所述的集成电路，还包括：电荷泵，其耦接至所述电流输出级的供应输入。11.如权利要求9所述的集成电路，其中所述供应选择电路包括：第一二极管，其耦接在所述跟随器电路的输出与所述外部功率供应端子之间；第二二极管，其耦接至所述电流输出级的输出。12.如权利要求9所述的集成电路，还包括：第二分流电阻器，其耦接至所述电流输出级的输出；以及电阻器选择电路，其被配置为在所述第一模式下激活所述第一分流电阻器，并且在所述第二模式下激活所述第二分流电阻器。13.如权利要求12所述的集成电路，其中所述电阻器选择电路包括：比较器，其具有与所述电流输出级的输出和所述跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·伯纳唐，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT