线性电压调节器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种线性电压调节器，其包括：耦合于输入电压与输出电压间的轻负载晶体管和重负载晶体管；误差放大器，用于响应于参考电压信号与反馈电压信号而产生误差信号，以控制轻负载晶体管的栅极，该反馈电压信号代表输出电压；栅极控制电路，其耦合于重负载晶体管的栅极；以及模式选择电路，其耦合于误差放大器与栅极控制电路间，用于产生代表流经该轻负载晶体管的电流的检测电流信号，并且当该检测电流信号大于临界电流信号时，模式选择电路允许该误差信号经由栅极控制电路控制重负载晶体管的栅极。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种线性电压调节器，尤其涉及一种可在轻负载模式的操作下提高效率的线性电压调节器。
技术介绍
电压调节器用于在一经过调节的输出电压下供应所需要的输出电流至负载。线性电压调节器使用一功率晶体管，操作于可变电阻区作为被动组件。输出电压反馈控制功率晶体管的可变电阻值，使得输入电压(例如电池电压)减去功率晶体管的跨在可变电阻两端间的电位差后成为所要求的经过调节的输出电压。在轻负载模式的操作下，因为所需提供的输出电流降低，然而误差放大器所消耗的电流仍几乎维持固定，所以相对而言造成现有技术的线性电压调节器的轻负载模式效率过低的缺点。图1显示现有技术的线性电压调节器10的详细电路图。如图所示，现有技术的线性电压调节器10具有一功率晶体管11，串联于输入电压Vin与输出端A间。功率晶体管11的栅极由一误差放大器12的输出端所输出的误差信号Verr所控制。误差放大器12具有一反相输入端，用于接收一参考电压信号Vref，与一非反相输入端，用于接收一反馈电压信号Vfb。因此，从误差放大器12所输出的误差信号Verr即代表反馈电压信号Vfb与参考电压信号Vref间的差异。参考电压信号Vref由参考电压产生电路13所决定，具有一预定的电压值。反馈电压信号Vfb则由连接于输出端A的反馈电路14所产生，用以代表输出电压Vout。举例而言，反馈电路14可由一分压电阻所实施，其中电阻R1与R2串联于输出端A与地电位间，使得电阻R1与R2的耦合点所提供的分压电压*Vout作为反馈电压信号Vfb。因此，线性电压调节器10经由输出端A供应调节过的输出电压Vout以及所需要的输出电流Iout至负载15。为了改善输出电压Vout的涟波，电容C可连接于输出端A与地电位间。随着负载15所需要的电流不同，线性电压调节器10所提供的输出电流Iout或大或小地变动，但输出电压Vout皆维持于*Vref。为了有足够能力供应大的输出电流Iout，功率晶体管11必须具有足够大的尺寸。然而，大尺寸的功率晶体管11也同时引起栅极电容增大的结果。在此情况下，为了有效地控制功率晶体管11的栅极，误差放大器12必须设计成具有较小的输出阻抗，此将导致较大的电流消耗。因此，当线性电压调节器10操作于轻负载模式时，亦即输出电流Iout较小或近似于零，线性电压调节器10的效率将因误差放大器12所造成的较大电流消耗而变差。因此，期望有一种可在轻负载模式下提高效率的线性电压调节器。
技术实现思路
有鉴于前述问题，本技术的一个目的在于提供一种线性电压调节器，可在轻负载模式下达到最佳的效率。本技术的另一目的在于提供一种线性电压调节器，可在重负载模式下提供足够大的输出电流。根据本技术，提供了一种线性电压调节器，包括一轻负载晶体管，其具有一栅极并耦合于一输入电压与一输出电压间；一误差放大器，用于响应于一参考电压信号与一反馈电压信号而产生一误差信号，用于控制该轻负载晶体管的该栅极，该反馈电压信号代表该输出电压；一重负载晶体管，其具有一栅极并耦合于该输入电压与该输出电压间；一栅极控制电路，其耦合于该重负载晶体管的该栅极；以及一模式选择电路，其耦合于该误差放大器与该栅极控制电路间，用于产生一检测电流信号，其代表流经该轻负载晶体管的一电流，并且当该检测电流信号大于一临界电流信号时，该模式选择电路允许该误差信号经由该栅极控制电路控制该重负载晶体管的该栅极。依据本技术的线性电压调节器使用两个功率晶体管，彼此并联于输入电压与输出电压间，其中一个功率晶体管具有较大的电流驱动能力(亦即较大的晶体管尺寸)，另一个功率晶体管则具有较小的电流驱动能力(亦即较小的晶体管尺寸)。在轻负载模式下，依据本技术的线性电压调节器仅导通具有较小电流驱动能力的功率晶体管，使得误差放大器所消耗的电流降低，从而提高效率。此外，依据本技术的线性电压调节器使用一电流检测单元，检测流经较小电流驱动能力的功率晶体管的电流。当电流检测单元所检测到的电流超过一预定的临界电流值时，代表线性电压调节器的操作进入重负载模式。在重负载模式下，模式选择电路经由栅极控制电路额外导通具有较大电流驱动能力的功率晶体管，从而提供足够大的输出电流至负载。附图说明图1显示现有技术的线性电压调节器的详细电路图。图2显示依据本技术的线性电压调节器的电路模块图。图3显示依据本技术的栅极控制电路与模式选择电路的详细电路图。主要组件符号说明10现有技术的线性电压调节器11重负载功率晶体管12误差放大器13 参考电压产生电路14 反馈电路15 负载20 线性电压调节器21 轻负载功率晶体管22 栅极控制电路23 模式选择电路24 电流检测单元25 电流比较单元A 输出端Co电容Iout输出电流Igen检测电流信号Ith临界电流信号INV1，INV2 反相器Q1 PMOS晶体管Q2~Q5 NMOS晶体管R1，R2 电阻SS 模式选择信号TG1，TG2 传输门Vin输入电压Vout输出电压Verr误差信号Vfb反馈电压信号Vref参考电压信号具体实施方式下文中的说明与附图将使本技术的前述与其它目的、特征、与优点更明显。在此将参照附图详细说明依据本技术的优选实施例。图2显示依据本技术的线性电压调节器20的电路模块图。图2所示的电路组件中相似于图1所示的电路组件的是以相同的参考编号加以标示，且为简化说明起见，下文省略其说明。如图所示，依据本技术的线性电压调节器20具有一重负载功率晶体管11与一轻负载功率晶体管21，彼此并联于输入电压Vin与输出端A间。轻负载功率晶体管21的尺寸设计成小于重负载功率晶体管11的尺寸，使得轻负载功率晶体管21的电流驱动能力小于重负载功率晶体管11的电流驱动能力。在依据本技术的一实施例中，重负载功率晶体管11的电流驱动能力设计成轻负载功率晶体管21的电流驱动能力的五倍。轻负载功率晶体管21的栅极直接连接于误差放大器12的输出端，从而受到误差信号Verr的控制。然而，重负载功率晶体管11的栅极则间接经由栅极控制电路22而连接于误差放大器12的输出端，从而受到误差信号Verr的控制，或者连接于输入电压Vin，从而进入不导通状态。栅极控制电路22由模式选择电路23所输出的模式选择信号SS加以控制，以决定重负载功率晶体管11的栅极究竟是连接于误差放大器12的输出端还是连接于输入电压Vin。具体而言，模式选择电路23被视为线性电压调节器20的外部电路，其随时检测流经轻负载功率晶体管21的电流而调整模式选择信号SS，以决定是否经由栅极控制电路22激活重负载功率晶体管11，进而有效地在轻负载模式下达到最佳的效率并且在重负载模式下提供足够大的输出电流Iout。模式选择电路23包括一电流检测单元24与一电流比较单元25。电流检测单元24产生一检测电流信号Isen，其正比于流经轻负载功率晶体管21的电流。电流比较单元25用以比较检测电流信号Isen与一预定的临界电流信号Ith。当检测电流信号Isen小于临界电流信号Ith时，亦即线性电压调节器20操作于轻负载模式下，模式选择信号SS使栅极控制电路22防止误差信号Verr供应至重负载功率晶体管11，并且使重负载功率晶体管11不导通。在此情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性电压调节器，包括：一误差放大器，用于响应于一参考电压信号与一反馈电压信号而产生一误差信号，该反馈电压信号代表该输出电压；和一重负载晶体管，其具有一栅极并耦合于一输入电压与一输出电压间；其特征是：还包括有一轻负载晶体管，其具有一栅极并耦合于该输入电压与该输出电压间，该栅极受到该误差放大器产生的误差信号的控制；一栅极控制电路，其耦合于该重负载晶体管的该栅极；以及一模式选择电路，其耦合于该误差放大器与该栅极控制电路间，用于产生一检测电流信号，其代表流经该轻负载晶体管的一电流，并且当该检测电流信号大于一临界电流信号时，该模式选择电路允许该误差信号经由该栅极控制电路控制该重负载晶体管的该栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天赐，苏芳德，
申请(专利权)人：圆创科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]