用于控制低压差稳压器的系统和方法技术方案

本发明专利技术题为“用于控制低压差稳压器的系统和方法”。本发明专利技术公开了一种用于控制低压差稳压器LDO的系统和方法。该系统和方法包括电荷泵，该电荷泵被控制以提供电荷泵电压来为LDO供电。可以相对于LDO的输入电压来调节电荷泵电压，以针对一定范围内的输入电压确保LDO的有效操作。电荷泵还被控制以限制所提供的最大电荷泵电压，以确保LDO的安全操作。该系统和方法还包括欠电压锁定电路，该欠电压锁定电路当确定电荷泵电压足以满足多个标准时启用LDO。例如，可分析电荷泵电压以确定其是否高于最小电压并且还充分高于LDO的输出电压。

【技术实现步骤摘要】
用于控制低压差稳压器的系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2019年7月17日提交的美国专利申请No.16/513,978的优先权，该申请继而要求于2019年3月7日提交的美国临时专利申请No.62/815,114的权益，这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开涉及低压差稳压器(即，LDO)，并且更具体地涉及用于生成电压以为LDO供电以及用于启用/停用LDO以确保安全和高效操作的系统、电路和方法。
技术介绍
一种低压差稳压器(即，LDO)是接收未调节的输入电压(即，VIN)并提供经调节的输出电压(即，VOUT)的具有低压差(即，VIN-VOUT～100毫伏)的稳压器。通常，LDO包括串联在LDO的输入部和输出部之间的晶体管器件(例如，N型晶体管)。LDO还包括驱动器(即，误差放大器、栅极驱动器等)，该驱动器在LDO的输出部与晶体管器件的控制端子(例如，栅极)之间的反馈回路中操作。驱动器的输出部耦接到控制端子以调整晶体管器件的操作点以用于调节。晶体管器件的其他两个端子(例如，漏极、源极)分别连接到LDO的输入部和输出部。驱动器基于反馈控制跨晶体管器件的电压降，以调节LDO的输出电压。
技术实现思路
在一个一般方面，本公开描述了一种稳压器系统。稳压器系统包括LDO，该LDO被配置为接收输入电压并提供经调节的输出电压。该系统还包括被配置成为LDO供电的电荷泵和被配置为控制电荷泵的电荷泵控制电路。具体地，电荷泵被控制以输出电荷泵电压，该电荷泵电压(i)高于输入电压并且(ii)不超过最大电压。系统还包括欠电压锁定(UVLO)电路，其被配置为当电荷泵电压(i)高于用于LDO的操作的最小电压(即，在输入部处预期的最小电压加上用于确保LDO中的晶体管器件的操作的电压)和(ii)足以确保晶体管器件的操作(即，比输出电压高出特定电压)时启用LDO。在另一个一般方面，本公开描述了一种用于控制LDO的电路。该电路包括电荷泵控制电路，该电荷泵控制电路被配置为从LDO的输入端子接收输入电压并还从电荷泵(即，从电荷泵的输出端子)接收电荷泵电压。电荷泵控制电路根据输入电压和电荷泵电压控制电荷泵。电荷泵电压向LDO提供电力。该电路还包括UVLO电路，该UVLO电路被配置为在电荷泵电压满足多个条件(即，标准)时接收电荷泵电压并启用LDO。在另一个一般方面，本公开描述了一种用于控制LDO的方法。该方法包括：从LDO的输入部接收输入电压，以及从电荷泵的输出部接收电荷泵电压。基于所接收的输入电压和所接收的电荷泵电压来调节(例如，改变)电荷泵电压。然后向LDO提供经调节的电荷泵电压以用于供电(即，作为LDO用于操作的电压轨的电压)。另外，该方法包括确定经调节的电荷泵电压满足多个条件。基于该确定，LDO被启用以进行操作。在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性
技术实现思路
，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。附图说明图1是根据本公开的实施方式的稳压器系统的框图。图2是可与图1的系统一起使用的低压差稳压器的框图。图3是可与图1的系统一起使用的电荷泵的示意图。图4是可与图1的系统一起使用的电荷泵控制电路的框图。图5是可与图1的系统一起使用的欠电压锁定(UVLO)电路的框图。图6是图1的稳压器系统的可能的电路实施方式的示意图。图7是根据本公开的实施方式的用于控制低压差稳压器的方法的流程图。附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在整个若干附图中表示相应的零件。具体实施方式图1示意性地示出了根据本公开的实施方式的稳压器系统100的框图。系统100可被配置为在相应输入端子处接收输入电压(VIN)和接地电压(GND)。系统100可被配置为在输出端子处传输(即，输出)输出电压(VOUT)。调节输出电压，使得输入电压的变化(例如，波动)不反映在输出电压中。输出电压比输入电压低(即，小)了压差(即，VDO＝VIN-VOUT)。系统100包括低压差稳压器(即，LDO)110，该低压差稳压器被配置为在小的压差内(例如，VDO≤100毫伏(mV))将输出电压(VOUT)调节为小于输入电压(VIN)。LDO110在调节期间耗散功率。耗散的功率与压差(VDO)成比例。因此，减少VDO可降低调节损耗并降低散热要求。图2中示出了可能的LDO110的框图。LDO110包括晶体管器件111。晶体管器件111可使用多种晶体管类型(例如，BJT、MOSFET、JFET等)来实现。例如，晶体管器件111可以是N沟道MOSFET或P沟道MOSFET。实际上，N沟道MOSFETLDO可提供优于其他类型的晶体管器件的优点。例如，N沟道MOSFETLDO可提供比P沟道MOSFETLDO低的压差(即，VDO)。因此，虽然本公开的晶体管器件111不限于任何特定晶体管类型或技术，但N沟道增强模式MOSFET将被描述为晶体管器件111。可通过控制跨晶体管器件111的电压降来实现调节。例如，N沟道MOSFET的漏极端子(D)112与源极端子(S)113之间的电压降可通过施加到N沟道MOSFET的栅极端子(G)114的电压来控制。LDO110包括驱动电路(即，驱动器)115以在晶体管器件111的栅极端子114处提供电压。驱动器115可被配置为经由形成于驱动器115和晶体管器件111之间的反馈回路116来接收输出电压(VOUT)。驱动器115还可被配置为接收参考电压(VREF)。当启用时，驱动器可用作具有基于(即，对应于)参考电压与输出电压之间的差值(即，VREF-VOUT)的输出电压(VG)的差分放大器。驱动器的输出电压VG可被施加到晶体管器件111的栅极114以控制晶体管的操作点(即，其导通、其电压降(VDO)等)。驱动器115通过高电压(VCHP)(即，高轨)和低电压(GND)(即，低轨)供电以进行操作。驱动器的低电压(GND)也可以是VIN的参考电压。换句话讲，LDO和输入电压共享相同的电压域。为了提供对晶体管器件111的充分控制，VCHP可高于输入电压VIN。例如，如果输入电压VIN为1伏特(V)(即，在漏极端子112处)并且压差为0.1V(即，VIN＝1V,VDO＝0.1V)，则晶体管器件的输出部处(即，源极端子113处)的电压可以是0.9V(即，VOUT＝0.9V)。为了使晶体管器件111导通(即，在导通状态下操作)，驱动器115的输出部处的电压可以是至少0.9V加上晶体管器件111的阈值电压(VT)。对于0.7V的阈值电压(即，VT＝0.7)，驱动器输出至少1.6V的电压(即，VG≥1.6V)。因此，驱动器可由使驱动器能够输出至少1.6V的高电压供电。因此，在LDO110的实施方式中，提供给驱动器115的高电压被配置为高于输入电压(即，VCHP>VIN)。被配置作为高于所有预期输入电压(VIN)的单个值的高电压(VCHP)可以是低效的(例如当VIN为低的时)，并且可导致增加成本和/或尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳压器系统，包括：/n低压差稳压器LDO，所述LDO被配置为接收输入电压并提供经调节的输出电压；/n电荷泵，所述电荷泵被配置成为所述LDO供电；/n电荷泵控制电路，所述电荷泵控制电路被配置为控制所述电荷泵，使得所述电荷泵输出电荷泵电压，所述电荷泵电压(i)高于所述输入电压并且(ii)不超过最大电压；和/n欠电压锁定电路，所述欠电压锁定电路被配置为当所述电荷泵电压(i)高于用于所述LDO的操作的最小电压并且(ii)高于所述经调节的输出电压时启用所述LDO。/n

【技术特征摘要】
20190307 US 62/815,114;20190717 US 16/513,9781.一种稳压器系统，包括：
低压差稳压器LDO，所述LDO被配置为接收输入电压并提供经调节的输出电压；
电荷泵，所述电荷泵被配置成为所述LDO供电；
电荷泵控制电路，所述电荷泵控制电路被配置为控制所述电荷泵，使得所述电荷泵输出电荷泵电压，所述电荷泵电压(i)高于所述输入电压并且(ii)不超过最大电压；和
欠电压锁定电路，所述欠电压锁定电路被配置为当所述电荷泵电压(i)高于用于所述LDO的操作的最小电压并且(ii)高于所述经调节的输出电压时启用所述LDO。


2.根据权利要求1所述的稳压器系统，其中所述低压差稳压器包括由驱动器控制的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。


3.根据权利要求2所述的稳压器系统，其中：
所述最小电压对应于所述N沟道MOSFET的栅极端子和源极端子之间的电压，以向所述LDO的输出端子提供非零输出电流；并且
所述最大电压对应于所述N沟道MOSFET的安全操作区域SOA。


4.根据权利要求1所述的稳压器系统，其中所述电荷泵为交叉耦合对称电荷泵。


5.根据权利要求1所述的稳压器系统，其中所述电荷泵电压对应于来自所述电荷泵控制电路的时钟信号的频率。


6.根据权利要求5所述的稳压器系统，其中所述时钟信号的所述频率由通过所述电荷泵控制电路的差分放大器驱动的电压控制振荡器控制；并且
其中
所述差分放大器是四输入运算放大器，当所述电荷泵电压小于所述最大电压时，所述四输入运算放大器输出比所述输入电压相对高出固定量而浮动的电压，所述固定量由所述LDO的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的操作特性确定。


7.一种用于控制低压差稳压器LDO的电路，所述电路包括：
电荷泵控制电路，所述电荷泵控制电路被配置为从...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·隆达克，J·马特杰，P·罗兹西帕尔，
申请(专利权)人：半导体组件工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US