具有基于负载阻抗的电流及电压返送的电压调节器制造技术

本发明专利技术揭示一种电压调节器，其具有被维持在高达电流限制Ilimit的经调节的输出电压，接着随着负载的电阻(阻抗)继续减少，电流不会增加越过电流限制Ilimit，而是输出电压减少，迫使输出电流也减少以满足欧姆定律：Iout=Vout／ZLoad。当输出电压开始下降低于经调节的电压值时，由于电流限制，电压调节器从电流限制模式转变成电流返送模式，其中随着输出电压减少，输出电流减少，直到所述输出电流达到在实质上零伏特的输出电压下的电流返送最小值Ifoldback。随着负载电阻(阻抗)开始增加，输出电压且因此输出电流也将增加，直到输出电压返回到实质上调节电压值，且输出电流小于或等于电流限制Ilimit。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有基于负载阻抗的电流及电压返送的电压调节器相关专利申请案本申请案主张2011年1月25日申请的由马修·威廉姆斯(MatthewWilliams)、丹尼尔·勒努瑟(DanielLeonescu)、思科特·笛尔彭(ScottDearborn)及克里斯蒂安·阿布莱奇(ChristianAlbrecht)共同拥有的第61／435，911号美国临时专利申请案的名为“基于负载阻抗的电压调节器电流返送(VoltageRegulatorCurrentFoldbackBasedUponLoadImpedance)”的优先权，为了所有目的，其以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及电压调节器，且更具体来说，涉及一种具有基于负载阻抗的电流返送的电压调节器。
技术介绍
过载电路或短路电路状况期间的返送电流及电压减小功率消耗及热应力。电流及电压返送还增加针对热过载的安全性。电流及电压返送从热及电气观点来说使装置固有地更为安全。电流及电压返送容许装置在不使性能降级的情况下处置不定短路电路状况，并且防止从电源(例如电池)汲取过多电流。
技术实现思路
因此，电压调节器中需要一种电流及电压返送特征，所述电流及电压返送特征容许所述电压调节器在不使性能降级的情况下处置不定短路电路状况，并且防止从电源(例如电池)汲取过多电流。根据一实施例，一种具有基于负载阻抗的电流及电压返送的电压调节器可包括：具有栅极、源极及漏极的功率晶体管，其中所述功率晶体管是耦合于电源与负载之间；分压器，其与所述负载并联耦合且提供表示从所述功率晶体管到所述负载的输出电压的反馈电压；误差放大器，其具有耦合到参考电压的第一输入、耦合到所述反馈电压的第二输入，以及耦合到所述功率晶体管的栅极且控制所述功率晶体管的输出，其中所述误差放大器致使所述功率晶体管将所述反馈电压维持在与所述参考电压实质上相同的电压；电流感测电路，其用于测量到所述负载的电流且提供代表经测量的负载电流的感测电流；电流限制及返送电路，其具有耦合到所述反馈电压的第一输入、耦合到所述参考电压的第二输入、耦合到来自所述电流感测电路的感测电流的第三输入，以及提供电流返送偏压的输出；以及电流到电压偏移偏压源，其具有电流输入及电压输出，所述电流到电压偏移偏压源的所述电流输入是耦合到提供所述电流返送偏压的所述电流限制及返送电路的所述输出；且所述电流到电压偏移偏压源的所述电压输出是耦合于所述误差放大器的所述第一输入与所述第二输入之间，并且提供与来自所述电流限制及返送电路的所述电流返送偏压成比例的电压偏移偏压；其中当所述负载电流小于或等于电流限制值时，所述电流限制及返送电路处于电流限制模式，且当输出负载阻抗小于返送负载阻抗值时，所述电流限制及返送电路处于返送模式；借此当所述负载电流小于所述电流限制值且所述输出负载阻抗大于所述返送负载阻抗值时，所述电压偏移偏压实质上为零伏特，且当所述输出负载阻抗小于或等于所述返送负载阻抗值时所述电压偏移偏压增加，由此成比例地减小所述输出电压及所述输出电流，直到所述输出电压实质上在零伏特且所述输出电流在返送电流值。根据另一实施例，所述参考电压是由带隙电压参考提供。根据另一实施例，所述参考电压是由齐纳二极管电压参考提供。根据另一实施例，所述电压调节器为低压降(LDO)电压调节器。根据另一实施例，所述功率晶体管为功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。根据另一实施例，所述功率MOSFET为P沟道MOSFET。根据另一实施例，所述电流感测电路包括：具有栅极、源极及漏极的第一晶体管；所述第一晶体管的所述源极及所述功率晶体管的所述源极相连接于一起；所述第一晶体管的所述栅极及所述功率晶体管的所述栅极连接于一起；所述第一晶体管具有实质上小于所述功率晶体管的宽度(W)；其中所述第一晶体管感测通过所述功率晶体管的所述负载电流；具有栅极、源极及漏极的第二晶体管；以及具有正输入、负输入及输出的运算放大器，所述运算放大器的所述输出是耦合到所述第二晶体管的所述栅极，所述正输入是耦合到所述第一晶体管的所述漏极及所述第二晶体管的所述漏极，且所述负输入是耦合到所述功率晶体管的所述漏极及所述负载；其中所述感测电流是从所述第二晶体管的所述源极提供。根据另一实施例，所述第一晶体管的宽度(W)小于或等于约所述功率晶体管的宽度的千分之一(1／1000)。根据另一实施例，所述电流限制及返送电路的操作可包括下列步骤：将所述感测电流转换成感测电压；比较所述反馈电压与所述感测电压，其中如果所述感测电压小于所述反馈电压，那么所述电流返送偏压实质上在零电流值；且如果所述感测电压大于所述反馈电压，那么所述电流返送偏压增加而高于所述零电流值，其中所述电流到电压偏移偏压源在所述误差放大器的所述第一输入及所述第二输入处感应偏移电压，其中限制所述误差放大器的所述输出使得所述负载电流将超过所述电流限制值；比较所述反馈电压与所述参考电压，其中如果所述反馈电压与所述参考电压实质上相同，那么仍然处于所述电流限制模式；且如果所述反馈电压小于所述参考电压，那么进入所述电流返送模式，其中所述输出电流与输出负载阻抗的减少成比例地减少。根据另一实施例，加入滞后／偏移比较器，当所述负载电流实质上在所述电流限制值时，所述滞后／偏移比较器迫使所述电流限制及返送电路从所述电流限制模式进入所述电流返送模式。根据另一实施例，加入模拟电压多路复用器，用于在通电启动状况期间用所述参考电压代替所述反馈电压用于以所述电流限制值对滤波器电容器充电。根据另一实施例，所述返送电流值小于或等于约十(10)毫安。根据另一个实施例，一种用于在电压调节器中基于负载阻抗返送输出电流的方法可包括下列步骤：用功率晶体管控制电源与负载之间的电压降；用分压器分割所述负载处的电压以提供代表所述负载处的所述电压的反馈电压；比较所述反馈电压与参考电压；控制所述功率晶体管使得反馈电压与所述参考电压实质上在相同电压；测量到所述负载的电流且提供代表经测量的负载电流的感测电流；从所述感测电流、所述反馈电压及所述参考电压产生电压偏移偏压，其中如果所述负载电流小于电流限制值，那么仍然处于电流限制模式；且如果输出负载阻抗小于返送负载阻抗值，那么进入返送模式且开始增加所述电压偏移偏压；借此当所述负载电流小于所述电流限制值且所述输出负载阻抗大于所述返送负载阻抗值时，所述电压偏移偏压实质上为零伏特，且当所述输出负载阻抗小于或等于所述返送负载阻抗值时所述电压偏移偏压增加，由此成比例地减小所述输出电压及所述输出电流直到所述输出电压实质上在零伏特且所述输出电流在返送电流值。根据所述方法的另一实施例，加入在所述电压调节器的通电启动期间用所述参考电压代替所述反馈电压的步骤。根据所述方法的另一实施例，加入在所述电流限制模式与所述电流返送模式之间提供滞后的步骤。附图说明通过结合附图参考下列描述可获取对本专利技术的更为完整的理解，其中：图1说明根据本专利技术的特定实例实施例的具有基于负载阻抗的电流及电压返送的电压调节器的示意电路及框图；图2说明图1所展示的误差放大器的示意电路图；图3说明图1所展示的电流及电压返送电路的示意电路图；且图4说明根据本专利技术的教示的基于负载阻抗的电流及电压返送函数的图形表示。虽然本专利技术容许有多种修改及替代形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有基于负载阻抗的电流及电压返送的电压调节器，所述电压调节器包括：具有栅极、源极及漏极的功率晶体管，其中所述功率晶体管是耦合于电源与负载之间；分压器，其与所述负载并联耦合且提供表示从所述功率晶体管到所述负载的输出电压的反馈电压；误差放大器，其具有耦合到参考电压的第一输入、耦合到所述反馈电压的第二输入，以及耦合到所述功率晶体管的所述栅极且控制所述功率晶体管的输出，其中所述误差放大器致使所述功率晶体管将所述反馈电压维持在与所述参考电压实质上相同的电压；电流感测电路，其用于测量到所述负载的电流且提供代表所述经测量的负载电流的感测电流；电流限制及返送电路，其具有耦合到所述反馈电压的第一输入、耦合到所述参考电压的第二输入、耦合到来自所述电流感测电路的所述感测电流的第三输入，以及提供电流返送偏压的输出；及电流到电压偏移偏压源，其具有电流输入及电压输出；所述电流到电压偏移偏压源的所述电流输入是耦合到所述电流限制及返送电路的提供所述电流返送偏压的所述输出；且所述电流到电压偏移偏压源的所述电压输出是耦合于所述误差放大器的所述第一输入与所述第二输入之间，并且提供与来自所述电流限制及返送电路的所述电流返送偏压成比例的电压偏移偏压；其中当所述负载电流小于或等于电流限制值时，所述电流限制及返送电路处于电流限制模式，且当输出负载阻抗小于返送负载阻抗值时，处于返送模式；借此当所述负载电流小于所述电流限制值且所述输出负载阻抗大于所述返送负载阻抗值时，所述电压偏移偏压实质上为零伏特，且当所述输出负载阻抗小于或等于所述返送负载阻抗值时所述电压偏移偏压增加，由此成比例地减小所述输出电压及所述输出电流直到所述输出电压实质上在零伏特且所述输出电流在返送电流值。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有基于负载阻抗的电流及电压返送的电压调节器，所述电压调节器包括：具有栅极、源极及漏极的功率晶体管，其中所述功率晶体管是耦合于电源与负载之间；分压器，其与所述负载并联耦合且提供表示从所述功率晶体管到所述负载的输出电压的反馈电压；误差放大器，其具有耦合到参考电压的第一输入、耦合到所述反馈电压的第二输入，以及耦合到所述功率晶体管的所述栅极且控制所述功率晶体管的输出，其中所述误差放大器致使所述功率晶体管将所述反馈电压维持在与所述参考电压实质上相同的电压；电流感测电路，其用于测量到所述负载的电流且提供代表经测量的负载电流的感测电流；电流限制及返送电路，其具有耦合到所述反馈电压的第一输入、耦合到所述参考电压的第二输入、耦合到来自所述电流感测电路的所述感测电流的第三输入，以及提供电流返送偏压的输出；以及电压偏移偏压源，其用于产生施加到所述误差放大器的所述第一输入和所述第二输入的偏移偏压电压；其中当所述负载电流小于或等于电流限制值时，所述电流限制及返送电路经配置以在电流限制模式操作，且当输出负载阻抗小于返送负载阻抗值时，在电流返送模式操作；借此当所述负载电流小于电流限制值且输出负载阻抗大于返送负载阻抗值时，所述偏移偏压电压实质上为零伏特，且当所述输出负载阻抗小于或等于所述返送负载阻抗值时所述偏移偏压电压增加，由此成比例地减小所述电压调节器的所述输出电压及所述电压调节器的输出电流直到所述电压调节器的所述输出电压实质上在零伏特且所述电压调节器的所述输出电流在返送电流值。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述参考电压是由带隙电压参考提供。3.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述参考电压是由齐纳二极管电压参考提供。4.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述电压调节器为低压降LDO电压调节器。5.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述功率晶体管为功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。6.根据权利要求5所述的电压调节器，其中所述功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET为P沟道MOSFET。7.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述电流感测电路包括：具有栅极、源极及漏极的第一晶体管；所述第一晶体管的所述源极及所述功率晶体管的所述源极连接于一起，所述第一晶体管的所述栅极及所述功率晶体管的所述栅极连接于一起，所述第一晶体管具有实质上小于所述功率晶体管的宽度的宽度(W)，其中所述第一晶体管感测通过所述功率晶体管的所述负载电流；具有栅极、源极及漏极的第二晶体管；及具有正输入、负输入及输出的运算放大器；所述运算放大器的所述输出是耦合到所述第二晶体管的所述栅极；所述正输入是耦合到所述第一晶体管的所述漏极及所述第二晶体管的所述漏极；且所述负输入是耦合到所述功率晶体管的所述漏极及所述负载；其中所述感测电流是从所述第二晶体管的所述源极提供。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·威廉姆斯，丹尼尔·莱奥内斯库，斯考特·迪尔伯恩，克里斯琴·阿尔布雷希特，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：
国别省市：