电压稳压电路及其方法

文档序号:8257211阅读:757来源:国知局
电压稳压电路及其方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于提供稳定电压的技术,特别是关于一种电压稳压电路及其方法。
【背景技术】
[0002]电压稳压器(voltage regulator)通常设置在供应电源与负载电路之间,藉以基于供应电压提供稳定的输出电压给负载电路。电压稳压器是利用一误差放大器(erroramplifier)根据第一反馈电压与参考电压之间的比较结果来控制功率元件的导通状况,并经由功率元件将供应电压转换成输出电压。在负载电流的变化下,电压稳压器则通过反馈机制去稳定输出电压。
[0003]电压稳压器具有低杂讯与高精准度的优点,因此广泛的应用在电源管理上。但也因为应用范围大,电压稳压器必须具有许多保护机制(例如:0VP、过电流保护(Over-Current Protect1n ;0CP)、OTP),以因应各种的环境因素。无论是防止短路电流的发生,或是防止瞬间输出电压过高,许多问题都显示出过电流保护有着不可或缺的重要性。
[0004]目前应用于电压稳压器的过电流保护电路仍存在至少一问题,例如:因采用连续性检测机制而影响电压稳压器于正常工作状态下的偏压、无法同时具有过电流以及短路电流的防护能力、相对增加功率损耗、需要相对大的工作电流、及相对慢地恢复正常工作状态坐寸ο

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种电压稳压电路及其方法。用以解决上述的问题和其他问题。
[0006]在一实施例中,一种电压稳压电路包括一误差放大器、一输出电路、一电流感测电路、一防护开关以及一判断电路。
[0007]输出电路电性连接误差放大器。电流感测电路电性连接误差放大器及功率元件的控制端。防护开关电性连接功率元件的控制端。判断电路电性连接电流感测电路以及防护开关。
[0008]误差放大器用以根据参考电压和第一反馈电压产生控制信号。输出电路包括一功率元件,并且此功率元件用以根据控制信号将供应电压转换为输出电压。其中,第一反馈电压与输出电压相关。电流感测电路用以产生对应通过功率元件的输出电流的电流感测信号。判断电路用以根据电流感测信号以及电流参考信号控制防护开关箝制控制信号的电位。
[0009]在另一实施例中,一种电压稳压方法包括接收一供应电压、根据一参考电压和一第一反馈电压产生一控制信号、利用一功率元件根据控制信号将供应电压转换为一输出电压、产生一电流参考信号、产生对应通过功率元件的输出电流的一电流感测信号、以及根据电流感测信号以及电流参考信号控制一防护开关箝制控制信号的电位。其中,第一反馈电压与输出电压相关。
[0010]综上,根据本发明的电压稳压电路及其方法适用于防止电压稳压电路的输出出现短路电流或过电流的状况,以避免电压稳压电路烧毁,以及保护负载端的电路(耦接在负载接点NOUT的负载电路)。当电压稳压电路的输出电流过大时,过电流保护电路将会启动以限制大输出电流的发生,并且利用返折型限流(Foldback-Current)机制将电压稳压电路的输出电流降到较低的电平,以避免短路电流的发生与输出电压过冲(Overshoot),并且降低功率损耗。当过电流或过电流的状况移除后,过电流保护电路会关闭,电压稳压电路即回到正常工作状态。于此,在整个过电流保护电路的检测过程中,输出电流的检测并不会影响到原电压稳压电路的工作。过电流保护电路的构成简单且静态电流很低,适用于低电流的产品。换言之,过电流保护电路无工作电流,即,当无输出电流产生时,过电流保护电路不耗电。再者,过电流保护电路无采用需要绝对阻值的元件,检测精准度相对高。
【附图说明】
[0011]图1为根据本发明第一实施例的电压稳压电路的示意图。
[0012]图2为根据本发明第二实施例的电压稳压电路的示意图。
[0013]图3为根据本发明第三实施例的电压稳压电路的示意图。
[0014]图4为在图1所不的电压稳压电路中输出电压与输出电流相应于负载变化的关系图。
[0015]图5为在图1所不的电压稳压电路中输出电压与输出电流相应于负载变化的关系图。
[0016]其中,附图标记说明如下:
[0017]10电压稳压电路
[0018]110误差放大器
[0019]130输出电路
[0020]150过电流保护电路
[0021]151电流感测电路
[0022]153防护开关
[0023]155判断电路
[0024]170信号走线
[0025]MS感测元件
[0026]Ic可变电流源
[0027]MP功率元件
[0028]Nin电源接点
[0029]Nout负载接点
[0030]Sc控制信号
[0031]Veef参考电压
[0032]Rl第一电阻
[0033]R2第二电阻
[0034]Vout输出电压
[0035]Vfbi反馈电压
[0036]i0UT输出电流
[0037]iSEN感测电流
[0038]Ml晶体管
[0039]M2晶体管
[0040]imir电流感测信号
[0041]iref电流参考信号
[0042]Vc电压电位
[0043]Is定电流源
[0044]Cs储能元件
[0045]MF分流元件
[0046]Vfb2反馈电压
[0047]R3第三电阻
[0048]R4第四电阻
【具体实施方式】
[0049]参照图1,电压稳压电路10,包括:一误差放大器110、一输出电路130及一过电流保护电路150。
[0050]过电流保护电路150包括一电流感测电路151、一防护开关153以及一判断电路155。电流感测电路151包括一感测元件MS以及一可变电流源Ic。
[0051]误差放大器110的输出端电性连接至输出电路130及感测元件MS的控制端。输出电路130的输入端电性连接至电源接点Nin,而输出电路130的输出端电性连接至负载接点 Nout。
[0052]于此,输出电路130包括一功率元件MP。功率元件MP具有第一端、第二端及控制端。功率元件MP的控制端与感测元件MS的控制端共同电性连接至误差放大器110的输出端。换言之,功率元件MP与感测元件MS共享来自误差放大器110的控制信号Sc。
[0053]功率元件MP的第一端、感测元件MS的第一端以及防护开关153的第一端皆电性连接至电源接点Nin。功率元件MP的第二端电性连接至负载接点Nqut。感测元件MS的第二端电性连接至可变电流源1C。防护开关153的第二端电性连接至误差放大器110的输出端,而防护开关153的控制端电性连接至可变电流源Ic。
[0054]在负载接点Ntot与误差放大器110的第一输入端之间具有一反馈路径。误差放大器I1的第二输入端电性连接至参考电压VKEF。于此,参考电压Vkef可由信号产生器提供。此信号产生器可为电压调节电路10的外部组件,亦可为电压调节电路10的内部组件。
[0055]于此,反馈路径可以信号走线或分压电阻电路实现。
[0056]在一些实施例中,参照图1,在负载接点Nott及放大器110的第一输入端之间可耦接一分压电阻电路。于此,分压电阻电路可包括一第一电阻Rl和一第二电阻R2。第一电阻Rl电性连接在负载接点Nqut (即,输出电路130的输出端)和误差放大器110的第一输入端之间。第二电阻R2电性连接在误差放大器110的第一输入端和接地之间。也就是说,第一电阻Rl和第二电阻R2串接在负载接点Nqut和接地之间,并且于第一电阻Rl和第二电阻R2之间形成分压接点。误差放大器110的第一输入端则耦接至分压接点。
[0057]于此,利用第一电阻Rl和第二电阻R2取得输出电压Vqut的分压作为反馈电压Vfbi(以下称之为第一反馈电压VFB1),并将第一反馈电压Vfbi提供给误差放大器110。
[0058]在一些实施例中,参照图2,在负载接点Nott及放大器110的第一输入端之间可耦接一信号走线170,以直接通过信号走线170将输出电压Vtot作为第一反馈电压Vfbi而提供给误差放大器110。
[0059]在正常工作状态下,误差放大器110的第一输入端接收来自反馈路径的第一反馈电压Vfbi,并且误差放大器110根据第一反馈电压Vfbi和参考电压Vkef之间的差值产生一放大电压(即,控制信号Sc)。于此,第一反馈电压Vfbi与输出电压Vmjt相关。
[0060]功率元件MP的第一端接收电源接点Nin所提供的供应电压Vin。功率元件MP的控制端接收控制信号Sc。于此,功率元件MP根据控制信号Sc将供应电压Vin转换为输出电压并由功率元件MP的第二端提供输出电压Vtot至负载接点Ntot。
[0061 ] 感测元件MS检测通过功率元件MP的输出电流iQUT来产生对应的感测电流iSEN。
[0062]在一些实施例中,功率元件MP可为一 PMOS晶体管或一 NMOS晶体管。感测元件MS亦可为一 PMOS晶体管或一 NMOS晶体管。并且,功率元件MP的尺寸与感测元件MS的尺寸之间具有一既定比例。
[0063]感测元件MS与功率元件MP形成一第一电流镜,以致使感测元件MS以此既定比例映射通过功率元件MP的输出电流而产生对应的感测电流iSEN。
[0064]在一些实施例中,功率元件MP的尺寸小于感测元件MS的尺寸。
[0065]可变电流源Ic根据感测电流iSEN产生电流感测信号i_。在一些实施例中,可变电流源Ic可由二晶体管Ml、M2所构成的第二电流镜。第二电流镜的一主电流端连接至感测元件MS,而第二电流镜的仆电流端连接至判断电路155。
[0066]感测元件MS所产生的感测电流iSEN经由晶体管Ml流到接地。流经晶体管M2的电流(即,电流感测信号U会反映或近似流经晶体管
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