具有快速过压响应的无电容低压差电压调节器制造技术

提供具有一个或多个放电器电路的电压调节器，该一个或多个放电器电路对低的片上输出电容值和缓慢的环路响应时间进行补偿。在一个实施例中，电压调节器包括：耦合到输出电压线的输出晶体管，耦合到输出电压线的、用于产生输出反馈电压的输出电压感测装置，以及耦合到输出反馈电压、输出晶体管和参考电势的、用于对输出晶体管施加反馈控制的误差放大器。将第一放电器电路耦合到输出电压线并耦合到参考电势，第一放电器电路由急升的过压状态所触发。在另外的实施例中，使用快速放电器电路和慢速放电器电路的组合来改进负载阶跃响应，即，阻止输出电压跳得太高，并快速地将其拉回稳定值，以使得负载电路得到保护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有快速过压响应的无电容低压差电压调节器
技术介绍
传统的LDO电压调节器需要外部电容器来使得输出电压稳定。为了在便携式应用 中增加电池寿命并节省PCB区域，低静态电流、“无电容”LDO电压调节器的使用日益增加。 然而，当负载电流变化非常快(如，在小于Ins内从几十毫安变为零)时，这些无电容LDO 电压调节器将遇到问题。由于受限的片上输出电容和缓慢的环路响应，输出电压将跳升到 电源电压。此外，在跳升之后，取决于电阻分压器的电阻和片上电容器的电容，输出电压非 常缓慢地回落到正常值。结果，LDO电压调节器的输出电压将偏离正常值，并在特别长的一 段时间保持在电源电压附近。不可避免地，低电压负载电路将因此被摧毁或发生故障。需要保留无电容LDO电压调节器的优点但是不容易受到如所描述的过压情况影 响的改进型电压调节器。
技术实现思路
提供了电压调节器和电压调节方法，其中，一个或多个放电器电路对片上输出电 容和缓慢的环路响应时间进行补偿。在一个实施例中，电压调节器包括耦合到输出电压线 的输出晶体管，耦合到输出电压线的、用于产生输出反馈电压的输出电压感测装置，以及耦 合到输出反馈电压、输出晶体管和参考电压以用于将反馈控制应用到输出晶体管的误差放 大器。第一放电器电路耦合到输出电压线并耦合到参考电势，第一放电器电路由急升的过 压状态所触发。在另外的实施例中，使用快速和慢速放电器电路的组合来提高负载阶跃响 应，即，防止输出电压跳得太高并将其很快地拉回到稳定值，从而可以保护负载电路。可以 使该电路消耗非常低的功率(如，大约5μΑ的静态电流)，并展现出非常高的速度。在示例 性的实施例中，电路可以处理Ins这么快的全范围负载阶跃(上升/下降)。附图说明在结合对附图的参考阅读和理解于此在下面发现的示例性实施例的详细描述后， 将会理解其它特征和优势，下面提供了对附图的简要描述。图1是具有快速负载阶跃响应的电压调节器的简化电路图；图2是更详细地示出图1中的快速放电器电路的电路图；图3是更详细地示出图1中的慢速放电器电路的电路图；图4是示出图1的电压调节器的一个应用的方框图。具体实施例方式下面是对本专利技术更详细的描述。本领域技术人员将认识到，下面的详细描述仅是 示例性的，而不旨在作为任何形式的限制。在本公开的好处下，本专利技术的其它实施例将轻易 地将其自身建议给这样的技术人员。现在详细参考附图中示出的本专利技术的实施例。将在全 部图和随后的详细描述中使用相同的附图标记来指相同或类似的部件。参见图4，示出了下文中更详细地描述的电压调节器100的一个可能的应用。电压调节器100形成了向核心处理器203提供功率的功率管理IC 201的一部分。核心处理器203可以是例如移动电子设备的处理器。从提供输入电压Vin的外部电池或USB设备205 向功率管理IC 201提供功率。将输入电压Vin施加到电压调节器100以及施加到包括了 低压脉宽调制(PWM)控制器211和开关213的开关电源210。电压调节器100的输出电压 Vout担当针对PWM控制器211的内部电源。PWM控制器产生与输入电压Vin—起施加到开 关213的控制信号(如，PWM1、PWM2)。通过开关213的适当控制，将输入电压Vin转换成用 来向核心处理器203供电的电压Voutcp。现在参见图1，示出了具有快速过压响应的电压调节器(无电容LDO电压调节器) 的电路图。优选地，以单个集成电路的形式来实现电压调节器。电压调节器的基本结构包 括输出晶体管M、处于阻性分压器R1、R2形式的输出电压感测装置、误差放大器OTA和输出 电容器Co。优选地，输出晶体管M是PMOS晶体管。该输出晶体管M与阻性分压器R1、R2 串联耦合。将输出晶体管M和阻性分压器Rl、R2的串联组合连接到电源电压Vin和地之 间。将输出电压线L连接到输出晶体管M和阻性分压器R1、R2之间的节点Ni，在阻性分压 器R1、R2两端产生输出电压Vout。在阻性分压器R1、R2的中间节点N2处产生指示输出电 压Vout的反馈电压。还将误差放大器OTA的电源端子连接到电源电压Vin和地。将误差放大器OTA 的负输入端子连接到参考电压Vref。将误差放大器OTA的正输入端子连接到反馈电压 Voutfb。将误差放大器OTA的输出端子连接到输出晶体管M的栅电极。从而，输出晶体管 M的导通状态受到反馈环路依照参考电压Vref和反馈电压Voutfb之间的差的控制。输出 电容器Co被耦合在输出线L和地之间，并用来平滑输出电压Vout的变化。将快速放电器电路2连接到输出电压线L和地之间。将关于图2更详细地描述快 速放电器电路。可选地，同样将慢速充电器电路3连接到输出电压线L和地之间。将关于 图3更详细地描述慢速放电器电路。现在参考图2，快速放电器电路包括连接在输出电压线L和地之间的放电晶体管 Md，放电晶体管Md可以是NMOS晶体管。触发电路与放电晶体管Md并联连接，并包括电容 器Cd和电阻器Rd。将放电晶体管Md的栅电极连接到电容器Cd和电阻器Rd之间的节点 N3。在操作中，当Vout快速升高时，Cd起到短路电路的作用，并且将触发晶体管Md导通以 将Vout拉低。将启动晶体管Ms与电阻器Rd并联连接。启动晶体管Ms用于在上电事件期间旁 路电阻器Rd，以避免误触发放电晶体管Md。延迟单元D连接到输出电压线L，并产生连接到 启动晶体管Ms的栅电极的控制信号CS。还将延迟单元D连接到电源电压Vin和地。正常 情况下，控制信号CS是低的，并且启动晶体管Ms是截止的。然而，在上电事件期间，控制信 号CS升高，导通启动晶体管Md并防止放电晶体管导通。当输出电压Vout已经稳定时，降 低控制信号CS，截止启动晶体管Ms。快速放电器2不消耗静态电流，并且当输出电压开始升得非常快时，快速放电器 电路2将以零时延触发并使输出节点放电。从而，有效地将输出电压的峰值限制在安全范 围内，并非常快地将输出电压拉回正常值，保护低压负载电路免于损坏。针对陡峭的过压状态，快速放电器电路2更加有效。为了提高针对较不陡峭的过 压状态的效率，可提供慢速放电器电路3。慢速放电器电路3可具有如图3所示的结构。将放电晶体管Mt(优选地，NMOS)连接到输出电压线和地之间。不平衡电压比较器31控制该慢速放电器电路3。将电压比较器31的电源端子连接到电源电压Vin和地。将电压比较器 的负输入端子连接到参考电压Vref。将电压比较器的正输入端子连接到反馈电压Voutfb。当输出电压比较不陡峭地升高时，慢速放电器电路3可以确保很快地将输出电压 降低到正常值。比较器的不平衡特性是为了确保当由于处理和失配的变化而存在偏移电压 时，晶体管Mt将不被误触发导通。虽然已经详细地描述了本专利技术的实施例，应该理解，在不背离所附权利要求所限 定的本专利技术的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、置换和备选。权利要求一种电压调节器，包括耦合到输出电压线的输出晶体管；耦合到所述输出电压线的输出电压感测装置，用于产生输出反馈电压；耦合到所述输出反馈电压、所述输出晶体管和参考电压的误差放大器，用于向所述输出晶体管施加反馈控制；以及耦合到所述输出电压线并耦合到参考电势的第一放电器电路，所述第一放电器电路由急升的过压状态所触发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压调节器，包括：耦合到输出电压线的输出晶体管；耦合到所述输出电压线的输出电压感测装置，用于产生输出反馈电压；耦合到所述输出反馈电压、所述输出晶体管和参考电压的误差放大器，用于向所述输出晶体管施加反馈控制；以及耦合到所述输出电压线并耦合到参考电势的第一放电器电路，所述第一放电器电路由急升的过压状态所触发。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵会，杨真，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]