专利名称：控制电路、电压稳压器与其控制方法
技术领域：
本发明涉及一 电压稳压器，尤其涉及具有消除或是降低冲击电流的一低压降稳压器与其控制方法。
背景技术：
低压降稳压器(Low Drop-out Regulator)是一种已知简易的直流转直流(DC to DC)的电压稳压器。如果没有让低压降稳压器于启动时先进入一緩启动(soft start)状态，就直接进入一正常状态，则低压降稳压器于电源启动时便会产生 一 高额的冲击电流(Inrush current)。此冲击电流可能会造成提供给该低压降稳压器的电源来不及反应而产生一 电源端的压降，如此便可能影响到耦接于该电源的其他电路。因此，当启动该低压降稳压器时一般需要先进入所谓的緩启动(soft start)状态，以降低或是消除不必要的冲击电流。但是緩启动状态如何控制则是有不同的作法。
发明内容
本发明的一实施例提供一种控制电路，适用于一电压稳压器(voltageregulator)。该电压稳压器包含有一功率开关。该控制电路包含有一可变电阻产生单元以及一检测电路。该可变电阻产生单元提供阻值随时间变化的一可变电阻，其中一参考电流流经该可变电阻而产生一第一反馈电压，该参考电流代表流经该功率开关的 一 电流。该4企测电路在检测到该第 一反馈电压达到或是高于一预设值时，降低该功率开关的导通程度。
本发明的另 一 实施例提供一种电压稳压器，包含有一如前段所述的控制电路以及一放大器。该放大器根据一第二反馈电压与一参考值来产生一控制该功率开关的控制信号，其中该第二反馈电压代表该电压稳压器的一输出电压。
本发明的另一实施例提供一种控制方法，适用于一电压稳压器。该电压稳压器包含有一功率开关。该控制方法包含有下列步骤提供一可变电阻；产生代表流经该功率开关的一电流的一参考电流；使该参考电流流经该可变电阻；检测该可变电阻上的一第一反馈电压；当检测到该第一反馈电压达到或是高于一预设值时，降低该功率开关的导通程度；以及，随时间变化改变该可变电阻的阻值。
图l是依据本发明电压稳压器的一实施例示意图。图2是图1的该电压稳压器的一第一参考电压、 一输出电压和一控制信号的时序图。
图3是依据本发明一控制方法的一实施例流程图。主要元件符号说明
100电压稳压器
皿电压稳压电3各
104控制电路
304、 306曲线
1022i吴差ii大器
1024电阻分压器
1042电阻产生器
1044斗企测电3各
1046控制信号产生器
具体实施例方式
在说明书及所附的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及所附的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及所附的权利要求书相当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解 释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」 一词在此包含任何直接及间接的 电气连接手段，因此，如果文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代 表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或者通过其他装置或连接手 段间接地电气连接至该第二装置。
请参考图1。图1所示依据本发明电压稳压器(Voltage regulator)100的 一实施例示意图。电压稳压器100包含有一电压稳压电路102以及一控制 电路104,其中电压稳压电路102将一输入电压转换成一输出电压Vout。 控制电路104防止电压稳压电路102的一冲击电流(Inrush current)。
电压稳压电路102包含有一误差放大器(Erroramplifier)1022、 一功率开 关PMOS晶体管Ml以及一电阻分压器1024。 一输出电容Cout耦接于一 输出端Nout，本领域技术人员应可了解输出电容Cout的一功能可以稳定本 发明电压稳压器100的输出电压Vout。电压稳压电路102其内部电路连接 如图所示，为本领域技术人员可以了解，不再多述。简单地说，电压稳压 电路102利用反馈电压Vfl所提供的负反馈控制，希望将输出电压Vout稳 定在约等于Vout—target(-参考电压Vth"(R,+R2)/R2);其中，Rx为电阻Rx 的阻值。
控制电路104包含有一 PMOS晶体管M2、 一检测电路1044、 一控制 信号产生器1046以及一电阻产生器1042。控制信号产生器1046和电阻产 生器1042构成一可变电阻产生单元。PMOS晶体管M2与功率开关PMOS 晶体管Ml形成一电流镜(current mirror),用来依据流经功率开关PMOS晶 体管Ml的一输出电流Iout来产生大约等比例的一参考电流Iref。依据输出 电压Vout、緩启动时间Ts以及参考电压Vthl,控制信号产生器1046产生
一控制信号Sad，来决定当下电阻产生器1042的电阻值Refto。电阻产生器
1042包含有一电阻Ra串联于一电阻Rb以及一 NMOS晶体管M3并联于 电阻Rb,其中NMOS晶体管M3的一栅极端N2耦接至控制信号Sad。检 测电路1044,图中以一比较器为例，检测参考电流Iref所导致的一反馈电 压Vf2。当反馈电压Vf2达到或高于一参考电压Vth2时，检测电路1044 改变功率开关PM0S晶体管M1的导通程度，譬如说，降低PMOS晶体管 Ml的导通程度或是完全关闭PMOS晶体管Ml。简单地说，控制电路104 利用负反馈控制，希望将输出电流lout限制在最大容许值I麵t(二参考电压Vth2/Reffeet)以下，且电阻值R^ct可随时间变化而改变。Re版t可以在緩启动 时，先给一个比较大的值，所以Ilimit比较小，藉以消除冲击电流的发生； 而一过了緩启动后，Reffect则给予一比较小的值，所以I麵t变大，来定义正 常状态时负载所需限制的最大电流。相较于电压稳压电路102，控制电路
104的开环带宽(叩en lo叩band width)可以设计得比较大，也就是反应速度 比较快。控制电路104可以比较快的反应速度，快速地防止输出电流lout 过高的情形发生。
图2为图1的电压稳压器100的参考电压Vthl、输出电压Vout和控制 信号Sad,在一实施例中的时序图。当电压稳压器100于时间Tl被启动时， 会直接使参考电压Vthl达一个预设值，然后进入一缓启动(Soft Start)的状 态(緩启动时间Ts的时段内，介于时间Tl到T2之间)。在该緩启动时间Ts 内，输出电压Vout还未达到一预定值Vout—target,因此电压稳压电路102 会希望开启PMOS晶体管M1,来对输出电容Cout充电，拉高输出电压Vout; 但是，此时PMOS晶体管Ml所能供应的最大容许值Ilimit,是被控制电路 104所控制。由图1可推知，电阻产生器1042的电阻值Re版t与控制信号
Sad的电位值是呈一反相关系；而电阻值Reffect,如同先前所述，则跟输出
电流Iout的最大容许值I脇t呈另一反相关系。换句话说，控制信号Sad的
电压电平越高，电阻值Reffect就越小，最大容许值I脇t越大。因此，图2中
的控制信号Sad便意味着，在一开始进入緩启动时间Ts时，先给最大容许
值Itoit—个比较小的值，如此在对输出电容C0Ut充电的同时，也消除了沖 击电流的发生。而在緩启动时间TS内，最大容许值Iumit慢慢上升，让对输
出电容Cout充电的充电电流可以'lt慢增加。到离开緩启动时间Ts后，最
大容许值I脑it设定为一最大值，来定义正常状态时负载所需限制的最大电
、、六
号Sad以逐渐地减小可变电阻值R的方法，任何单调地(monotonically ) 变化控制信号Sad的方法均为本发明的范畴所在。举例来说，控制信号产 生器1046亦可以阶级式地提升控制信号Sad以阶级式地减小电阻值R^ect。
整控制信号Sad以控制一 PMOS晶体管来改变电阻值Reffect。
7时间T2，也就是离开緩启动时间Ts的时间点，可以用各种不同的方法 决定。譬如说，当输出电压Vout大约到达到预定值Vout—target时，便可以 认定为緩启动时间Ts结束，所以控制信号产生器1046将最大容许值Ilimit 设定为一最大值。举另一例来说，控制信号产生器1046中可具有一计时器， 使得控制信号产生器1046在时间Tl过后的一预定时间后，便自行认定緩 启动时间Ts结束。在实施例中，緩启动时间Ts的结束可由控制信号产生 器1046自行判定，或是由其他装置来判定而告知控制信号产生器1046。
请参考图3。图3所述依据本发明一控制方法300之一实施例流程图。 控制方法300用来防止一电压稳压电路的一冲击电流(Inrush current)。控制 方法300将以图1所示的实施例电压稳压器100为例作为说明。另一方面， 倘若大体上可达到相同的结果，本发明的实施例并不需要一定照图3所示 的流程中的步骤顺序来进行，且图3所示的步骤不一定要连续进行，亦即 其他步骤亦可插入其中。控制方法300包含有
步骤302:启动电压稳压电路102;
步骤304:利用电阻产生器1042来提供电阻值R^eet,其预设值为一最 大值Rmax;
步骤306:产生代表流经功率开关PMOS晶体管Ml的输出电流lout 的参考电流Iref;
步骤308:随时间变化减小电阻值R^ect;
步骤310:使参考电流Iref流经电阻产生器1042的电阻值P^版t以产生 反馈电压Vf2;
步骤312:检测电阻产生器1042的上的反馈电压Vf2;
步骤314:当检测到反馈电压Vf2达到或高于第二参考电压Vth2时， 改变功率开关PMOS晶体管Ml的导通程度；以及
步骤316'.当输出电压Vout达到预定值VoutJarget时，将电阻值R^ct 设定为一最小值Rmin。
由于电压稳压电路102在步骤302被启动时，其会先进入緩启动的状 态。为了防止电压稳压电路102在启动电源时的冲击电流现象，控制方法
300利用控制电阻产生器1042的电阻值Reffcet来控制输出电流lout的最大 容许值Ilimit。控制方法300在电源启动后会逐渐地减小电阻值Reffect,因此
最大容许值I^it亦会逐渐地增加。最后，在步骤316中，当输出电压Vout大约到达到预定值Vout—target时，便将电阻值Reffect设定为最小值Rmin,
以使得输出电流l0Ut可以容许用较大的最大容许值Itoit来正常地供应一耦
接于电压稳压电^各102的负载。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均 等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种控制电路，适用于一电压稳压器，该电压稳压器包含有一功率开关，该控制电路包含有一可变电阻产生单元，提供阻值随时间变化的一可变电阻，其中一参考电流流经该可变电阻而产生一第一反馈电压，该参考电流代表流经该功率开关的一电流；以及一检测电路，当检测到该第一反馈电压达到或高于一预设值时，降低该功率开关的导通程度。
2. 如权利要求1所述的控制电路，其中该可变电阻产生单元包含有一控制信号产生器，产生一控制信号；以及一电阻产生器，依据该控制信号决定该可变电阻的阻值。
3. 如权利要求2所述的控制电路，其中该控制信号产生器依据一第二反馈电压产生该控制信号，其中该第二反馈电压代表该电压稳压器的一输出电压。
4. 如权利要求3所述的控制电路，其中该控制信号产生器于一緩启动时间内变化该控制信号，该緩启动时间介于该电压稳压器开启后至该第二反馈电压达一参考值的期间。
5. 如权利要求2所述的控制电路，其中该电阻产生器包含有一晶体管，其中该晶体管依据该控制信号决定该可变电阻的阻值。
6. 如权利要求5所述的控制电路，其中该电阻产生器还包含有一电阻，串联于该晶体管。
7. 如权利要求5所述的控制电路，其中该电阻产生器还包含有一电阻，并联于该晶体管。
8. 如权利要求1所述的控制电路，还包含有一晶体管，其中该晶体管与该功率开关形成一电流镜，该参考电流流经该晶体管。
9. 一种电压稳压器，包含有一如权利要求1所述的控制电路；以及一放大器，根据一第二反馈电压与一参考值来产生一控制该功率开关的控制信号，其中该第二反馈电压代表该电压稳压器的一输出电压。
10. —种控制方法，适用于一电压稳压器，该电压稳压器包含有一功率开关，该控制方法包含有提供一可变电阻；产生代表流经该功率开关的 一 电流的 一参考电流；使该参考电流流经该可变电阻；检测该可变电阻上的一第一反馈电压；当检测到该第 一反馈电压达到 一预设值时，降低该功率开关的导通程度；以及随时间变化改变该可变电阻的阻值。
11. 如权利要求10所述的控制方法，其中随时间变化改变该可变电阻的阻值的步骤包含有产生一控制信号；以及依据该控制信号决定该可变电阻的阻值。
12. 如权利要求11所述的控制方法，其中产生该控制信号的步骤包含有依据一第二反馈电压产生该控制信号，其中该第二反馈电压代表该电压稳压器的一输出电压。
13. 如权利要求12所述的控制方法，还包含在一緩启动时间内变化该控制信号，该緩启动时间介于该电压稳压器开启后至该第二反馈电压达一参考值的期间。
全文摘要
控制电路、电压稳压器与其控制方法。该控制电路适用于一电压稳压器，该电压稳压器包含有一功率开关，该控制电路包含有一可变电阻产生单元，提供阻值随时间变化的一可变电阻，其中一参考电流流经该可变电阻而产生一第一反馈电压，该参考电流代表流经该功率开关的一电流；以及一检测电路，当检测到该第一反馈电压达到或高于一预设值时，降低该功率开关关闭的导通程度。
文档编号H02M3/04GK101674015SQ20081021539
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者曾扬玳 申请人:通嘉科技股份有限公司