TWI330308B - Low dropout (ldo) regulator and regulating method thereof - Google Patents

Description

1330308 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為-種穩壓電路’制是-種具有大輸入電壓範 圍之低壓降穩壓器。 【先前技術】 具低壓降（low dropout ;LDO)之穩壓器被相當廣泛地 應用於如電腦、行動電話、交通工具或是其餘電子產品之電源 管理系統上。獅管理系統使用健降麵器作為區域性電源 供應器。低壓降穩壓器必須具有純淨的輸出與快速暫離變應。 同時，低壓降穩壓器更使電源管理系統可以有效提供般 供應電壓等級之額外電壓。舉例來說，5伏特或是^12伏 電壓管理系統使用低壓降穩壓器，將可供應部份的晶片組或 5己憶體純淨的2·5伏特及3.3伏特的電壓訊號。 、儘管低壓降穩壓器並不能相當有效率地轉換功率， 他卻具有體積小、成本不南的特點，且也僅有相當小的頻率干 擾（frequency interference)。此外它可提供區域電路純 且不會因為電源系統的其他區域的電流波動（贿邮 而受影響。因此，在區域電路的功率消耗相對於 “源供應彡統的貞載來說相當微小時，低壓降穩壓器 泛地使用於區域電路的電源供應。 ’、 -理想低餅穩壓ϋ提供精準的直流電輸出，同時 載變化以及輸入暫態時具有快速響應。且因為 琴廣 品，如電腦與行動電話，故設計以 傳^，|器包含有_於傳遞元件之回授控制迴路， 兀二f閘極電壓而能控制其阻抗(knpedance)。 根據閉極電壓，傳遞元件可供應不_級的電流至電源供應器 5 區。因此’不論負細情況與輸人的暫態響應，因為閘 f電壓被職，轉會提供敎的直流電騷出。如「第i ^所不’係為習知_隨_壓器（s_efbllGwreguto) ，路，’其包合有N型傳遞電晶體1G、回授控制電路η以 $壓器12 ’分壓器12具有分壓點FB以及兩個電阻丨之卜 赃之錢私職V並輸 =Γ设置··輸出电塵v〇。回授控制電路11包含有誤差放 ^ 15^X及傳輸。至誤差放大器15之正輸人端的參考訊號 :。狹呈放大器15的輪出端連接至N型傳遞電晶體川之 ’而直流輸人健Vin傳輸至N型傳遞電晶體⑴的 轉S則可傳遞直流輸出輕Vq。直流輸出電 =〇係由回授控制電路U透過分壓器12來傳遞^^電阻丨2卜 =串連於直流輸出龍v〇與參考地端之間分壓點FB位於 阻121、122之間’並連接回誤差放大器15之負輪入端。 此一源極隨耦穩壓器的優點在於良好的穩定性，N型 晶體1G提供衰減至回授迴路，誤差放大器15主要㈣$ f的=(gain) ’而可輕易達到足夠的增益邊限(ωηΜ:) 邊限fhase Margin)。另一個優點在於具有高電源拒斥 ^ ower Supply Rejecti〇n Rati〇 ; psRR)，N 型傳遞電晶體 H直流輸入電壓&，因此可具有高的阻抗來 ΐίί直流輪入電壓〜至直流輸出電壓V。的雜訊。铁而， 源極隨耦麵H缺點是此麵虔器具有高壓 壓、高於導通N型傳遞電晶體10之臨 直流輸出_ V。之間的賴差限制了直 电晶體10於截止狀態時，位於沒極端D與源極端S之電壓t 2圖」’係為低壓降顏器的基本結構，低壓 H it型傳遞電晶體20，回授控制電路21與分虔 斋，/刀壓斋22包含有兩個電阻22卜222，回授控制電路 端,mu輪出端37。n型傳遞電晶體31包含有〉及極 極娃ς 閘極端〇，汲極端D耦接於輸入端36，源 2 37。P型傳遞電晶體32與N型傳遞電晶 接’同樣的，P鶴遞電晶體32也包含有 汲減D 與祕端G ’源極端S雛於輸入端36， 及極D轉接於輸出端37。 第3圖」中所繪示，控制電路3〇包含有兩個誤差放 ϋ Γϋΐ㈣33、34 °參考訊號^傳遞入控制電 ϊ 33透過分壓11 35 _於輪出端37。分塵 ==vr第一回授訊號 高於第一_號vFB1。誤緑All 糸 裔34透過分麗器35叙接於輪出端 f Ο R 3S1 + R 352 + R 353 R353 R 351 + R 352 + R 353 R 352 + R 353 堅V01與第一輪出電壓％係可由方程式⑴⑺絲示： V〇l = Vrep X V〇2 Y » . . R ·»<! -U P ·><*» _L D ^*·« (1； (2) 其中’尺35】係為電阻351之電阻值； R352係為電阻352之電阻值； 尺353係為電阻353之電阻值； 因此，第-輸出電麼V〇1會略高於第二輸$縣％。 N型傳遞電晶體31供應第—輪出電 生第-輪出電遷％至輸出端37•時。 造成N型傳遞電晶體31截止時 虔 產生第二 與P態傳遞電晶體32係並聯連接於輸出端37 ’因此，輸入電 壓I高於臨界電壓Vra時將產生第―輸㈣壓」 電塵Vm低於臨界電s V™時將產生第二輪出電i 端37，臨界電壓Vth係可由下列方程式(3)說明电:lV〇2至輸出

Vth = Vo+ Vgs (3) 其中，Vgs係為N型傳遞電晶體31之間 =導，型傳遞電晶體3丨，。係為二ΐ:=出 導通之增益很大，當ν型傳遞電晶體31 ¥通¥，Ρ型傳遞電晶體32會戴止。第一 二輪出電壓V〇2之賴差如下列方程式(4)，且包可加5略。 ΔΥ = Voi - V02 (4) 兩個失、為紐實_之電路示意圖， 傳送至誤差放大n 33、H二二考訊▲ Vr2为別 有電阻41、42，誤差放大哭^貝也列中，分壓态35包含 輪出端37。誤差放大哭ϋ3，透過電阻41、42耦接於 第二參考訊號I控制。Ν型僂H別根據第—參考訊號VRi與 32來分別產生第—輪出體31與P型傳遞電晶體 計第-輸出龍VG3時“ 出電壓V〇4。其中設 列方程式⑶、（6): 内於弟二輸出輕V以，且滿足下 v〇3 =vR1 R42 R41+R42 ------ R42 (5 其中〜係為電阻41之電阻值； 係為電阻41之電阻值。 °又十第參考訊镜Vri會略高於第二參考訊號Vi (6 1330308 型傳遞電晶體31導通時，產生第一輸出電壓％至輸 出端37,而當輸入電壓ViN過低而導 y時，p型傳遞電晶體32齡被導通而產生第 V〇4至輸出端37。 响參閱「第5圖」’係為本發明低壓降穩壓器更包含有自 測電=5G之較佳實施例的電路示賴。當輸人電壓VlN為高 準位時，偵測電路5〇用來截止p型傳遞電晶體Μ不需透過 ，授迴路，如此提高了輸入電壓Vm為高準位時的暫能塑應 (tmnSlentresponse)。價測電路5〇包含有比較器51與‘;^ 阻 52、53。比較态 51 的正輸入端（positive inputterminal 以接，，人臨界㈣vTIN，而諸人端（negative — 貝於輸入端％用以透過電阻52、53來偵測輸 ^电壓。當輸入電壓VlN大於輸入臨界電壓％取時，比較 态51之輸出端產生的前饋訊號（feedf〇rwards 於放大器34使P型傳遞電晶體32截止。 池耦接 本發明所揭露之低壓降穩壓器，在輸入至輸出電壓 (H^to-output讀_過高時，如同習知源極軸穩壓器 般操作，而具有高電源拒斥比與迴路穩定性，且當輸入至 電壓過低時’其又可達到低壓降。 _ 雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，麸苴並 以限定本發明，任何熟習此技藝者，林脫離本發^ 範圍内’#可作些許之更输_，因此本伽德護範圍冬 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 田 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知源極隨叙穩壓器之電路示意圖。 第2圖係為習知低壓降穩壓器之電路示意圖。 第3圖係為本發明低壓降穩壓器之較佳實施例之電路示 11 1330308 意圖。 第4圖係為本發明低壓降穩壓器之另一較佳實施例之電 路示意圖。 第5圖係為本發明低壓降穩壓器具有輸入電壓偵測電路 之較佳實施例之電路示意圖。 【主要元件符號說明】

10 N型傳遞電晶體 11 回授控制電路 12 分壓器 121 、 122 電阻 15 誤差放大器 20 P型傳遞電晶體 21 回授控制電路 211 誤差放大器 22 分壓器 221 、 222 電阻 23 寄生電容 30 控制電路 31 N型傳遞電晶體 32 P型傳遞電晶體 33 ' 34 誤差放大器 35 分壓器 351 ' 352 > 353 電阻 36 輸入端 37 輸出端 41、42 電阻 50 偵測電路 51 比較器 52'53 電阻 12 1330308 FB 分壓點 Enb 前授控制訊號 G 閘極端 D 沒極端 S 源極端 ViN 直流輸入電壓 Vref 蒼考訊號 VR1 第一參考訊號 VR2 第二參考訊號 V〇 直流輸出電壓 Vfbi 第一回授訊號 VfB2 第二回授訊號 VgSi ' Vgs2 閘極至源極電壓 VdsI、VdS2 汲極至源極電壓

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Claims (1)

1. 丄 丄 申請專利範園·· —種低壓降穩壓器，係包含有： —輸入端，用以接收一輸入電壓； 1出端，肋將職人電壓驢後之—輪出頓加以輸 ~ N型傳遞電晶體，用以由該輸入端 包含有-錄端一源極端與端，該 於該輪入端，該源極端耦接於該輸出端； —p型傳遞電晶體，用以由該輸入端供電至該輸出端，且 包，有一汲極端、一源極端與一閘極端，該源極端耦接 於該輸入端，該汲極端耦接於該輸出端；及 制電路，用以控制該N型傳遞電晶體與該p型傳遞電 晶 體 --,、一…A 土 I亏避电 2. 之該閘極端，使該N型傳遞電晶體與該p型傳遞電 晶體其中之一導通而輸出該輸出電壓。 电 如ΐ請專利範圍第1項所述之低壓降穩壓器，更包含有一分 5器，耦接於該輸出端，用以根據該輸出電壓產生—第一^ 授訊號與第二回授訊號，其中該控制電路可接收—參考訊 號，並根據該參考訊號與該第一回授訊號來控制該Ν型傳 遞電晶體’根據該參考訊號與該第二回授訊號來控制該Ρ型 傳遞電晶體。 3. 如申請專利範圍第2項所述之低壓降穩壓器，其中該第二回 授訊號係高於該第一回授訊號。 4. 如申請專利範圍第1項所述之低壓降穩壓器，更包含有一偵 測電路’該偵測電路輕接於該輸入端，並在該輸入電壓大於 一臨界電壓時’使該Ρ型傳遞電晶體戴止。 5. 如申請專利範圍第4項所述之低壓降穩壓器，其中該偵測電 路至少包含兩電阻。 6. 如申請專利範圍第1項所述之低壓降穩壓器，其中該控制電 路包含有兩誤差放大器，用以控制該Ν型傳遞電晶體產生 14 1330308 …顶arc壓至該輪屮 第一輪出電壓

   由該輪入端接收一未調整之直流電壓； 當該未調整之直流電壓高於一臨界電壓，透過該N 電晶體調整該直流電壓而產生一第一輪出電壓；及得邐 當該未調整之直流電壓低於該臨界電壓，透過該P 電晶體調整該直流電壓而產生一第二輪出電壓。 〜 9·如申請專利範圍第8項所述之穩壓方法，其中該控制 以控制該N型傳遞電晶體產生第一輸出電屋至該輪出， 與控制該P型傳遞電晶體產生第二輸出電壓至該輪出端。 10.如申請專利範圍第8項所述之穩壓方法，其中該控制電路 接收一參考訊號’而根據該參考訊號與一第一回授訊號來斤 制該N塑傳遞電晶體，根據該參考訊號與一第二回 來控制該p型傳遞電晶體。 15