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CN107272795B - 稳压器 - Google Patents

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CN107272795B
CN107272795B CN201610212988.7A CN201610212988A CN107272795B CN 107272795 B CN107272795 B CN 107272795B CN 201610212988 A CN201610212988 A CN 201610212988A CN 107272795 B CN107272795 B CN 107272795B
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张志健
杨翔安
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

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Abstract

一种稳压器，包含驱动电路、放大电路、第一电流源电路与第二电流源电路。驱动电路用以接收输入电压并提供输出电压。第一电流源电路用以提供第一电流至放大电路。第二电流源电路用以当输出电压偏离预设电压时，依据输出电压提供第二电流至放大电路。放大电路用以依据输出电压及第三电流控制该驱动电路。第三电流为第一电流与第二电流之总和。

Description

稳压器
技术领域
本发明是关于一种稳压器，且特别是关于一种稳定输出电压的稳压器。
背景技术
线性降压稳压电路(low dropout regulator,LDO)在电子系统的电源中广泛应用，包含车用电子、手机、笔记型计算机与个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。尤其车用电子设备的低功耗、高效能和高可靠性的需求造成线性降压稳压电路设计更加困难。当线性降压稳压电路输出供电从一种执行模式切换到另一种执行模式时，线性降压稳压电路的负载需求会快速变化，造成输出电压发生短暂的脉冲现象。由于大幅度的电压变化可能对电路造成损害，因此稳定输出电压的机制十分重要。
发明内容
本发明的一实施方式是提供一种稳压器。稳压器包含驱动电路、放大电路、第一电流源电路与第二电流源电路。驱动电路用以接收输入电压并提供输出电压。第一电流源电路用以提供第一电流至放大电路。第二电流源电路用以当输出电压偏离预设电压时，依据输出电压提供第二电流至放大电路。放大电路用以依据输出电压及第三电流控制驱动电路。第三电流为第一电流与第二电流的总和。
本发明的第二实施方式是提供一种稳压器。稳压器包含驱动电路、放大电路、第一电流源电路与第二电流源电路。驱动电路具有输入端、输出端与控制端，输入端用以接收输入电压，输出端用以提供输出电压。放大电路具有第一输入端、输出端，输出端耦接驱动电路的控制端。第一电流源电路耦接放大电路的第一输入端并用以提供第一电流至放大电路。第二电流源电路耦接放大电路的第一输入端并用以当输出电压偏离预设电压时，依据输出电压提供第二电流至放大电路。放大电路用以依据输出电压及第三电流控制驱动电路。第三电流为第一电流与第二电流之总和。
综上所述，本公开的目的在于提供稳定输出电压。本案提供的稳压器可依据输出电压偏离预设电压的程度来调整放大电路控制驱动电路的速度。当偏离程度高，放大电路将接收较大的电流来加速控制驱动电路，借以快速地调整输出电压为预设电压。因此，本发明的稳压器可有效提升输出电压的稳定性。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1是根据本发明一实施例绘示的稳压器的示意图；
图2是根据本发明一实施例绘示的稳压器的示意图；以及
图3是根据本发明一实施例绘示的稳压器的示意图。
[图的符号简单说明]
110、120：电流源电路
130：驱动电路
140：放大电路
150：负载
160：反馈电路
1201、1401：第一输入端
1202、1402：第二输入端
1203、1302、1404：输出端
1301：输入端
1303：控制端
1403：第三输入端
I1、I2：电流
VIN：输入电压
VOUT：输出电压
VG：控制电压
VREF1、VREF2：参考电压
VFB：反馈电压
具体实施方式
以下公开提供了许多不同实施例或例证用以实施本发明的特征。本公开在不同例证中可能重复引用数字符号且/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例且/或配置之间的关系。
关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“耦接”或“连接”还可指两个或多个元件相互操作或动作。
参阅图1，图1是根据本发明一实施例绘示的一种稳压器的示意图。稳压器可应用于车用电子、手机、笔记型计算机与个人数字助理(personal digital assistant,PDA)等电子装置，然而，本发明并不以此为限。
稳压器包含电流源电路110、电流源电路120驱动电路130与放大电路140。
驱动电路130用以经由输入端1301接收输入电压VIN，并经由输出端1302提供输出电压VOUT至负载150。
放大电路140具有第一输入端1401、第二输入端1402、第三输入端1403与输出端1404，输出端1404耦接驱动电路130的控制端1303。放大电路140用以依据输出电压VOUT控制驱动电路130。具体而言，放大电路140的第二输入端1402用以接收参考电压VREF2，第三输入端1403用以接收反馈电压VFB，上述反馈电压VFB可通过输出电压VOUT耦接反馈电路160(例如分压电路)产生。放大电路140用以放大反馈电压VFB与参考电压VREF2之间的电压差，进而产生控制电压VG以控制驱动电路130提供输出电压VOUT。
电流源电路110与电流源电路120耦接放大电路140的第一输入端1401。电流源电路110用以提供电流I1至放大电路140的第一输入端1401，而电流源电路120用以提供电流I2至放大电路140的第一输入端1401。换言之，放大电路140的第一输入端1401用以接收电流I1与I2的总和。须注意到的是，电流源电路110提供的电流I1为固定的电流值，而电流源电路120提供的电流I2则是依据输出电压VOUT决定。因此，当输出电压VOUT偏离预设电压(例如1伏特)时，电流源电路120对应调整电流I2的电流值来调整放大电路140的频宽及反应速度，借以控制驱动电路130对于输出电压的电压调节速度。
在一些实施例中，电流源电路120还用以依据输出电压VOUT与参考电压VREF1之间的电压差ΔV1提供电流I2至放大电路140。如图1所示，电流源电路120的第一输入端1201用以接收参考电压VREF1，第二输入端1202用以接收输出电压VOUT，输出端1203用以提供电流I2至放大电路140。须注意到的是，在本实施例中，参考电压VREF1可以是上述预设电压。当电压差ΔV1增加，则电流源电路120提供增加的电流I2至放大电路140。由于放大电路140的频宽正比于第一输入端1401接收的电流，电流I2增加可提升放大电路140的频宽与反应速度。因此，放大电路140加速控制驱动电路130增加或减少输出电压VOUT以调整输出电压VOUT为预设电压。
综上所述，当输出电压VOUT大于参考电压VREF1时，放大电路140接收固定的电流I1与增加的电流I2以加速控制驱动电路130减少输出端1302的负载电流，输出电压VOUT因此降低。在输出电压VOUT降低(电压差ΔV1降低)的期间，电流源电路120输出至放大电路140的电流I2减少。稳态下，输出电压VOUT降回参考电压VREF1(亦即预设电压)，电流I2趋近于零，放大电路140等效上接收电流I1以控制驱动电路130。
反之，当输出电压VOUT小于参考电压VREF1时，放大电路140接收固定的电流I1与增加的电流I2以加速控制驱动电路130增加输出端1302的负载电流，输出电压VOUT因此升高。在输出电压VOUT升高(电压差ΔV1降低)的期间，电流源电路120输出至放大电路140的电流I2减少。稳态下，输出电压VOUT升回参考电压VREF1(即预设电压)，电流I2趋近于零，放大电路140等效上接收电流I1以控制驱动电路130。
在一些实施例中，参考电压VREF1可与参考电压VREF2相同或不同。
如此一来，当输出电压VOUT偏离预设电压时，电流源电路120提供额外的电流I2至放大电路140以提升放大电路140的频宽及反应速度，借以增加驱动电路130的电压调节速度。因此，本发明的稳压器可迅速地将过高或过低的输出电压调整至预设电压，借以提升输出电压VOUT的稳定性。
或者，在另一些实施例中，电流源电路120的第一输入端1201接收的参考电压VREF1可不同于驱动电路130输出端1302的预设电压，并且第二输入端1202可用以接收反馈电压VFB(图1未绘示)，而非输出电压VOUT。在此情况下，电流源电路120还用以依据反馈电压VFB与参考电压VREF1之间的电压差ΔV2提供电流I2。须注意到的是，在本实施例中，反馈电压VFB是依据输出电压VOUT并通过反馈电路160(例如分压电路)所产生，因此反馈电压VFB与输出电压VOUT间存在对应关系。稳态时，反馈电压VFB趋近于参考电压VREF1，输出电压VOUT趋近于预设电压，因此参考电压VREF1与预设电压间之间的对应关系可由反馈电压VFB与输出电压VOUT间的对应关系决定。如上述，当电压差ΔV2增加，则电流源电路120提供增加的电流I2至放大电路140。因此，放大电路140加速控制驱动电路130增加或减少输出电压VOUT，借以调整输出电压VOUT为预设电压。
综上所述，当输出电压VOUT大于预设电压时，反馈电压VFB大于参考电压VREF1，放大电路140接收固定的电流I1与增加的电流I2以加速控制驱动电路130减少输出端1302的负载电流，输出电压VOUT因此降低。在输出电压VOUT降低(反馈电压VFB降低，电压差ΔV2降低)之期间，电流源电路120输出至放大电路140的电流I2减少。稳态下，反馈电压VFB降回参考电压VREF1(亦即输出电压VOUT降回预设电压)，电流I2趋近于零，放大电路140等效上接收电流I1以控制驱动电路130。
反之，当输出电压VOUT小于预设电压时，反馈电压VFB小于参考电压VREF1，放大电路140接收固定的电流I1与增加的电流I2以加速控制驱动电路130增加输出端1302的负载电流，输出电压VOUT因此升高。在输出电压VOUT升高(反馈电压VFB升高，电压差ΔV2降低)的期间，电流源电路120输出至放大电路140的电流I2亦减少。稳态下，反馈电压VFB升回参考电压VREF1(亦即输出电压VOUT升回预设电压)，电流I2趋近于零，放大电路140等效上接收电流I1以控制驱动电路130。
参阅图2，图2是根据本发明一实施例绘示的一种稳压器的示意图。图2的稳压器包含如图1所示的电流源电路110、电流源电路120与放大电路140，其中驱动电路230可为晶体管M1，反馈电路260可为电阻器R1、R2串联形成的分压电路。因此，输出电压VOUT与反馈电压VFB的对应关系可由分压电路决定。如上述，在电流源电路120依据输出电压VOUT与参考电压VREF1之间的电压差ΔV1提供电流I2的实施例中，稳态时，电流I2趋近于零，输出电压VOUT趋近于参考电压VREF1(即预设电压)。在一些实施例中，于稳态时，参考电压VREF2的电压值大于反馈电压VFB的电压值。
参阅图3，图3是根据本发明一实施例绘示的一种稳压器300的示意图。图3的稳压器300包含如图1所示的驱动电路130与放大电路140，其中电流源电路310可为提供固定电流I1的电流源，电流源电路320可为差动放大电路。电流源电路320的第一输入端3201用以接收参考电压VREF1，第二输入端3202用以接收反馈电压VFB(或输出电压VOUT)。电流源电路320用以放大反馈电压VFB(或输出电压VOUT)与参考电压VREF1之间的电压差ΔV2(或电压差ΔV1)以经由输出端3203提供电流I2至放大电路140。须注意到的是，晶体管MP1、MP2的尺寸相同(例如通道尺寸相同)，并分别耦接电流源Ib。因此，当反馈电压VFB(或输出电压VOUT)趋近于参考电压VREF1时，电流源电路320输出的电流I2趋近于零。在此实施例中，当第二输入端3202用以接收反馈电压VFB时，参考电压VREF2的电压值将设置成大于参考电压VREF1的电压值。
实际上，放大电路140可为误差放大器。晶体管M1、MP1、MP2可为N型金氧半场效晶体管(N-MOSFET)、P型金氧半场效晶体管(P-MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)或是任何等效的晶体管，本公开并不以此为限。
综上所述，本发明提供稳定输出电压的稳压器。本发明提供的稳压器可依据输出电压偏离预设电压的程度调整放大电路140的频宽及反应速度，借以控制驱动电路130对于输出电压的电压调节速度。当偏离程度高，则放大电路140加速控制驱动电路130以调整输出电压为预设电压。因此，本发明的稳压器可有效提升输出电压的稳定性。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种改变与修饰，因此本发明的保护范围应当以之后所附的申请专利的权利要求所保护的范围为准。
符号说明
110、120、310、320：电流源电路
130、230：驱动电路
140：放大电路
150：负载
160、260：反馈电路
1201、1401、3201：第一输入端
1202、1402、3202：第二输入端
1203、1302、1404、3203：输出端
1301：输入端
1303：控制端
1403：第三输入端
I1、I2：电流
VIN：输入电压
VOUT：输出电压
VG：控制电压
VREF1、VREF2：参考电压
VFB：反馈电压
R1、R2：电阻器
M1、MP1、MP2：晶体管
300：稳压器
Ib：电流源

Claims (10)

1.一种稳压器，包含：
一驱动电路，用以接收一输入电压并提供一输出电压；
一放大电路；
一第一电流源电路，用以提供一第一电流至该放大电路；以及
一第二电流源电路，用以当该输出电压偏离一预设电压时，依据该输出电压提供一第二电流至该放大电路，其中该第二电流的电流值由该第二电流源依据该输出电压所决定；
其中，该放大电路用以依据该输出电压及一第三电流控制该驱动电路，该第三电流为该第一电流与该第二电流之总和。
2.根据权利要求1所述的稳压器，其中，该第二电流源电路还用以依据该输出电压与一参考电压之间的一第一电压差提供该第二电流，该参考电压为该预设电压。
3.根据权利要求2所述的稳压器，当该输出电压大于或小于该参考电压时，该第二电流源电路增加该第二电流以使该放大电路加速控制该驱动电路降低该输出电压。
4.根据权利要求1所述的稳压器，其中该第二电流源电路还用以依据一反馈电压与一参考电压之间的一第二电压差提供该第二电流，该反馈电压对应该输出电压，该参考电压对应该预设电压。
5.根据权利要求4所述的稳压器，当该反馈电压大于或小于该参考电压时，该第二电流源电路增加该第二电流以使该放大电路加速控制该驱动电路降低该输出电压。
6.根据权利要求1所述的稳压器，其中该放大电路用以放大一反馈电压与一参考电压的一第二电压差以控制该驱动电路，其中该反馈电压对应该输出电压。
7.一种稳压器，包含：
一驱动电路，具有一输入端、一输出端与一控制端，该输入端用以接收一输入电压，该输出端用以提供一输出电压；
一放大电路，具有一第一输入端、一输出端，该输出端耦接该驱动电路的该控制端；
一第一电流源电路，耦接该放大电路的该第一输入端，该第一电流源电路用以提供该第一电流至该放大电路；以及
一第二电流源电路，耦接该放大电路的该第一输入端，该第二电流源电路用以当该输出电压偏离一预设电压时，依据该输出电压提供一第二电流至该放大电路，其中该第二电流的电流值由该第二电流源依据该输出电压所决定；
其中，该放大电路用以依据该输出电压及一第三电流控制该驱动电路，该第三电流为该第一电流与该第二电流之总和。
8.根据权利要求7所述的稳压器，其中，该第二电流源电路还用以依据该输出电压与一参考电压之间的一第一电压差提供该第二电流，该参考电压为该预设电压。
9.根据权利要求7所述的稳压器，其中，该第二电流源电路还用以依据一反馈电压与一参考电压之间的一第二电压差提供该第二电流，该反馈电压对应该输出电压，该参考电压对应该预设电压。
10.根据权利要求7所述的稳压器，其中，该放大电路还具有一第二输入端与一第三输入端，该第二输入端用以接收一参考电压，该第三输入端用以接收一反馈电压，该放大电路用以放大该反馈电压与该参考电压的一第二电压差以控制该驱动电路，其中该反馈电压对应该输出电压。
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