电流镜补偿电流防止初始电流过大的稳压电路及控制方法技术

本发明专利技术提供一种稳压电路及相关的控制方法，用来产生一稳压电压。该稳压电路包含有：一双极结型晶体管，一包含有电容的电容模块，以及一作为反馈控制的运算放大器。该运算放大器中设有一放大电路、一驱动级及一电流镜。该晶体管能向该电容模块充电以建立该稳压电压；而该运算放大器则根据该稳压电压的大小反馈控制该驱动级对该晶体管基极的驱动电流。当稳压电压大小在一预设电压范围中时，该电流镜可提供一辅助电流注入该驱动级，以减少该晶体管基极的驱动电流，以防止晶体管的电流过大而超过其额定电流。而当稳压电压大小已超过该预设电压范围时，该电流镜就会停止运行，不再提供该辅助电流，而不影响稳压电路正常操作。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Voltage stabilizing circuit of current mirror compensating current and preventing initial current excessive and control method

The present invention provides a voltage stabilizing circuit and related control method for generating a regulated voltage. The voltage stabilizing circuit comprises a bipolar junction transistor, a capacitor module containing a capacitor, and an operational amplifier as a feedback control. The operation amplifier is provided with an amplifying circuit, a driving stage and a current mirror. The transistor charges the capacitor module to establish the regulated voltage, and the operational amplifier controls the driving current of the base of the transistor according to the magnitude of the voltage regulator. When the voltage in a predetermined voltage range in size, the current mirror provides an auxiliary current into the driver, in order to reduce the drive current of the transistor base, to prevent the transistor current is too large to exceed its rated current. When the voltage regulator voltage exceeds the preset voltage range, the current mirror will stop running and no longer provide the auxiliary current without affecting the normal operation of the voltage stabilizing circuit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种稳压电路及相关控制方法，特别指一种在运行之初能以另一电流镜提供的辅助电流减少对双极结型晶体管驱动电流的稳压电路及相关控制方法。
技术介绍
在现代化的信息社会中，各式各样电子信息设备(小如手机、大至计算机、网络服务器)都是基于各种微控制器；如何使微控制器能正常运行，也就成了现代信息产业最重要的研发重点之一。为了提高微控制器芯片中半导体电路的集成度，减少功率消耗，增加运算速度，芯片中用来执行数据运算、数据处理的核心电路(core circuit)都会用较低的电压来偏置，电子信号的电压电平也较低。但要将核心电路中的数据输出至芯片外的电路板，或是由电路板将数据输入至芯片进行处理时，通常要用电压电平较高、功率较大的信号才有足够的信号驱动能力，所以芯片中会另外设置一输出入电路(i/o buffer)，作为输出入缓冲之用。图1显示一公知芯片10配合一电路板12运行的功能方块图。举例来说，电路板12可以是一主机板，芯片10则可以是设于主机板上的芯片(如南北桥芯片组)；或者电路板12也可以是一附插卡(add-on card，如网络卡)上的印刷电路板，芯片10就是用来控制该附插卡的功能。如前所述，芯片10中即设有一核心电路14及一输出入电路16。核心电路14主要用来执行数据运算及数据处理。核心电路14处理完后要输出至电路板12的数据，或是经由电路板12要传入至核心电路14的待处理数据，则都要经由输出入电路16，进行数据的缓冲及信号的转换。就像前面提到的，核心电路14会偏置于较低的电压，所处理的电子数据、信号也具有较低的电压电平；要将这些数据、信号传输至电路板12时，就要通过输出入电路16将这些数据、信号的电压电平、功率提高，以便于传输至电路板12上。同理，要由电路板12传输至核心电路14的待处理数据、信号也会由输出入电路16将其信号电平降低，以符合核心电路14较低的偏压，方便核心电路14进行数据运算及数据处理。由于输出入电路16和电路板12在电路设计上能直接交换数据，输出入电路16和电路板12通常偏置于相同的电压；图1中的直流电压Vcc、Vss(直流电压Vss可看做是地端的电压)即用来偏置电路板12以及芯片10中的输出入电路16。不过，如前所述，核心电路14会偏置于较低的直流电压，因此，芯片10就要配合电路板12配合出一个稳压电路18，以产生出一稳压电压Vp25来偏置核心电路14。以典型的例子来说，电路板12能向芯片10提供3.3伏(volt)的直流偏压(也就是直流电压Vcc为3.3伏)，而核心电路14则会被偏置于较低的2.5伏；在这种配置下，稳压电路18就要利用3.3伏的直流电压Vcc，产生出2.5伏的稳压电压Vp25，供应核心电路14运行时的电力需求。为了检测稳压电压建立的情形，芯片10中也设有一检测电路26，电连接到节点Np0，用来检测稳压电压是否已经建立，并根据检测结果发出一检测信号Vpg0。如图1所示，在公知稳压电路18中，会利用到电路板12上一个做为一充电电路的pnp型双极结型晶体管Qp1，以及由高电容值电容Cp1形成的电容模块24。配合电路板12上的晶体管Qp1、电容模块24，芯片10中则设有一运算放大器20、一参考电压发生器(bandgap circuit)22以及用来分压的两个电阻Rp0、Rp1。稳压电路18偏置于直流电压Vcc、Vss之间；其中参考电压发生器22用来产生一参考电压Vbg0；运算放大器20则具有两个差动输入端Inn0、Inp0，分别电连接到节点Np1以及参考电压发生器22；其输出端Op0则电连接到晶体管Qp1的基极(base)，并以一驱动电压Vd0、一对应的驱动电流Ib0做为一驱动信号，控制晶体管Qp1的基极偏压。芯片10上可设有一引脚(pin)，以使输出端Op0可连出至电路板12上的晶体管Qp1。晶体管Qp1的射极(emitter)偏置于直流电压Vcc，集电极(collector)则于节点Np0电连接到电容模块24。电容模块24中设有高电容值的电容Cp1用来稳压，也能旁路(bypass)交流波动的干扰；当此电容被充电至稳态后，就能在节点Np0建立起稳态的稳压电压Vp25。而电容模块24在节点Np0的稳压电压Vp25即可经由芯片10的另一对应引脚回传至芯片10中。此稳压电压Vp25一方面会提供至核心电路14作为偏置的电压，一方面也会经由电阻Rp0、Rp1的分压而在节点Np1建立一电压Vs0。运算放大器20比较参考电压Vbg0、电压Vs0后，就能反馈控制对晶体管Qp1的驱动电压Vd0及驱动电流Id0。在芯片10开始运行前，电路板12不会提供直流电压Vcc，使芯片10得不到偏压而不会运行，而稳压电路18也不会运行，使节点Np0的电压实质上等于低电平的直流电压Vss的电压。稳压电路18运行的情形可描述如下。当电路板12要使芯片10开始运行时，会开始提供高电平的直流电压Vcc至稳压电路18，使稳压电路18开始运行。此时参考电压发生器22及运算放大器20开始运行，由运算放大器20开始比较节点Np1的电压Vs0与参考电压发生器20产生的参考电压Vbg0。由于稳压电路18开始运行前，节点Np0维持为低电平，连带地电压Vs0也维持于低电平；因此当运算放大器20刚开始运行时，运算放大器20会因为电压Vs0远小于参考电压Vbg0而使其输出端Op0的驱动电压Vd0也会是低电平的电压。此时，晶体管Qp1射极、基极间的电压也就几乎相当于直流电压Vcc、Vss间的电压差。而运算放大器20也会做为一电流吸收源(current sink)，由晶体管Qp1的基极吸收相当的驱动电流Ib0，以驱动晶体管Qp1，在其射极、基极间导通大量的电流Ic0作为充电电流，向电容模块24中的高电容值电容Cp1充电。如本领域技术人员所知，由于双载子晶体管本身电流驱动的特性，配合运算放大器20由晶体管Qp1的基极吸收的驱动电流Ib0，运算放大器20就能经由双极结型晶体管射极电流、基极电流间相互的关系(也就是Ic0＝β*Ib0；β为双极结型晶体管的电流放大率)驱动、控制晶体管Qp1在其射极、集电极间导通的电流Ic0。随着充电过程的进行，节点Np0的电压会逐渐上升，节点Np1的电压Vs0也会逐渐上升；而运算放大器20也就会随之升高其输出端Op0的驱动电压Vd0，并减少驱动电流Ib0。驱动电压Vd0的上升、驱动电流Ib0的减少会降低晶体管Qp1射极、基极间的电压，减少其导通程度，使电流Ic0的电流大小也渐渐减少。经由对电压Vs0的检测反馈，运算放大器20会控制驱动电压Vd0的大小，使得节点Np0的稳压电压Vp25逐渐趋于稳态的定值。到了稳态时，运算放大器20会维持电压Vs0与参考电压Vbg0相等；换句话说，电压Vp25也就等于电压(1+Rp0/Rp1)Vbg0。此稳态的电压Vp25就能作为核心电路14的直流偏压；而核心电路14运行时所需的电流Ic1，也就由晶体管Qp1导通供应。当电压Vp25的电压大小偶有改变时，运算放大器20就会对应地控制驱动电压Vd0、驱动电流Ib0来进行动态的补偿。举例来说，若核心电路14因运算量增加而加大电流需求，此时电容Cp2会防止节点Np0的电压Vp25突然间快速地下降，而略降的电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳压电路，用来提供一稳压电压，该稳压电路包含有： 一充电电路，其具有一控制端，其导通一驱动电流；该充电电路可根据该驱动电流产生一充电电流； 一电容模块，电连接到该充电电路，藉由该充电电流提供的电荷，以对应地建立该稳压电压； 一驱动电路，电连接到该充电电路，用来控制由该控制节点流出的电流的电流大小；以及 一电流镜，电连接到该控制端，用来产生一流入该控制节点的辅助电流； 其中当该充电电路开始产生该充电电流后，在该稳压电压的电压大小符合一预设电压范围时，该电流镜会产生该辅助电流，以避免该充电电路瞬间汲取过大电流；若该稳压电压的电压大小已经超出该预设电压范围，该电流镜会停止产生该辅助电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林有为，林正忠，
申请(专利权)人：威盛电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]