專(zhuān)利名稱(chēng)：線性電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種線性電壓調(diào)節(jié)器，尤其涉及一種在輸入源發(fā)生瞬間變化時(shí)仍能有效控制輸出電壓的線性電壓調(diào)節(jié)器。。
背景技術(shù)：
圖1(A)顯示已知的線性電壓調(diào)節(jié)器10的電路圖。線性電壓調(diào)節(jié)器10主要是由調(diào)節(jié)晶體管11、電壓反饋電路12、和誤差放大電路13所構(gòu)成的反饋控制回路。電壓反饋電路12典型上是通過(guò)串聯(lián)電阻R1與R2所形成的分壓電路來(lái)實(shí)施，用于產(chǎn)生反饋信號(hào)Vfb，作為輸出電壓Vout的代表。基于反饋信號(hào)Vfb與預(yù)定的參考電壓Vref間的比較，誤差放大電路13產(chǎn)生誤差信號(hào)Verr。隨后，誤差信號(hào)Verr施加到調(diào)節(jié)晶體管11的控制電極。調(diào)節(jié)晶體管11的第一信道電極接收輸入電壓源Vin，而第二信道電極提供輸出電壓Vout到負(fù)載14。通過(guò)誤差信號(hào)Verr適當(dāng)?shù)乜刂普{(diào)節(jié)晶體管11的電流信道導(dǎo)通狀態(tài)，故能有效地維持輸出電壓Vout于所期望的調(diào)節(jié)值并供應(yīng)所需要的負(fù)載電流。
不幸地，當(dāng)輸入電壓源Vin發(fā)生瞬間變化時(shí)，調(diào)節(jié)晶體管11的操作狀態(tài)亦發(fā)生劇烈地變動(dòng)，導(dǎo)致輸出電壓Vout偏離調(diào)節(jié)值且造成震蕩現(xiàn)象。參照?qǐng)D1(B)，假設(shè)在時(shí)間T0時(shí)，輸入電壓源Vin瞬間變大，則因?yàn)檎{(diào)節(jié)晶體管11的源極連接于輸入電壓源Vin，所以調(diào)節(jié)晶體管11的源極與柵極間的電位差Vsg隨之同步瞬間變大。突然變大的源極柵極間電位差Vsg迅速提高了調(diào)節(jié)晶體管11的導(dǎo)通程度，因而引起流經(jīng)調(diào)節(jié)晶體管11的信道電流Iq陡增。此種多余的信道電流Iq將轉(zhuǎn)而對(duì)輸出電容Cout充電，導(dǎo)致輸出電壓Vout上升。雖然通過(guò)誤差放大電路13的反饋控制，輸出電壓Vout終究會(huì)恢復(fù)到所設(shè)定的調(diào)節(jié)值，例如時(shí)間T1所示，然而輸出電壓Vout的劇烈變化與長(zhǎng)時(shí)間的震蕩等缺點(diǎn)均無(wú)法滿足許多應(yīng)用規(guī)格的要求。
同樣地，假設(shè)在時(shí)間T2時(shí)，輸入電壓源Vin瞬間變小，則調(diào)節(jié)晶體管11的源極與柵極間的電壓Vsg隨之同步瞬間變小。突然變小的源極柵極間電壓Vsg抑制了調(diào)節(jié)晶體管11的導(dǎo)通程度，甚至完全關(guān)閉電流信道而造成流經(jīng)調(diào)節(jié)晶體管11的信道電流Iq迅速降低到零。在此情況下，輸出電容Cout必須放電以便補(bǔ)足負(fù)載電流的需求，導(dǎo)致輸出電壓Vout下降。雖然通過(guò)誤差放大電路13的反饋控制，輸出電壓Vout終究會(huì)恢復(fù)到所設(shè)定的調(diào)節(jié)值，例如時(shí)間T3所示，然而輸出電壓Vout的劇烈變化與長(zhǎng)時(shí)間的震蕩等缺點(diǎn)均無(wú)法滿足許多應(yīng)用規(guī)格的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種線性電壓調(diào)節(jié)器，可在輸入源發(fā)生瞬間變化時(shí)避免調(diào)節(jié)晶體管的操作狀態(tài)劇烈地變動(dòng)，因而有效地改善輸出電壓的調(diào)節(jié)穩(wěn)定度。
根據(jù)本實(shí)用新型的線性電壓調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)晶體管、反饋電路、誤差放大電路、事件偵測(cè)電路、使能控制電路、以及電壓限制電路。調(diào)節(jié)晶體管具有控制電極、第一信道電極，以及第二信道電極。該第一信道電極連接到輸入電壓源而該第二信道電極提供輸出電壓。反饋電路產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)，其代表該輸出電壓?；谠摲答佇盘?hào)與預(yù)定的參考電壓間的比較，誤差放大電路產(chǎn)生誤差信號(hào)，用于控制該控制電極。事件偵測(cè)電路耦合于該輸入電壓源，用于產(chǎn)生事件信號(hào)，其指示該輸入電壓源的瞬間變化事件。響應(yīng)于該事件信號(hào)，使能控制電路產(chǎn)生使能信號(hào)。響應(yīng)于該使能信號(hào)，電壓限制電路限制該第一信道電極與該控制電極間的電位差。
通過(guò)本實(shí)用新型提供的線性電壓調(diào)節(jié)器，可在輸入源發(fā)生瞬間變化時(shí)避免調(diào)節(jié)晶體管的操作狀態(tài)劇烈地變動(dòng)，因而有效地改善輸出電壓的調(diào)節(jié)穩(wěn)定度。


圖1(A)顯示已知的線性電壓調(diào)節(jié)器的電路圖；
圖1(B)顯示已知的線性電壓調(diào)節(jié)器的操作波形時(shí)序圖；圖2(A)顯示根據(jù)本實(shí)用新型的線性電壓調(diào)節(jié)器的電路圖；圖2(B)顯示根據(jù)本實(shí)用新型的上側(cè)限制單元的電路圖；圖2(C)顯示根據(jù)本實(shí)用新型的下側(cè)限制單元的電路圖；圖3顯示根據(jù)本實(shí)用新型的線性電壓調(diào)節(jié)器的操作波形時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
下文中的說(shuō)明與附圖將使本實(shí)用新型的上述與其它目的、特征、與優(yōu)點(diǎn)更明顯?，F(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。
圖2(A)顯示根據(jù)本實(shí)用新型的線性電壓調(diào)節(jié)器20的電路圖。線性電壓調(diào)節(jié)器20主要是由調(diào)節(jié)晶體管21、電壓反饋電路22、誤差放大電路23所構(gòu)成的反饋控制回路。電壓反饋電路22典型上是通過(guò)串聯(lián)電阻R1與R2所形成的分壓電路來(lái)實(shí)施，用于產(chǎn)生反饋信號(hào)Vfb，作為輸出電壓Vout的代表。基于反饋信號(hào)Vfb與預(yù)定的參考電壓Vref間的比較，誤差放大電路23產(chǎn)生誤差信號(hào)Verr。隨后，誤差信號(hào)Verr施加到調(diào)節(jié)晶體管21的控制電極。調(diào)節(jié)晶體管21的第一信道電極接收輸入電壓源Vin，而第二信道電極提供輸出電壓Vout到負(fù)載24。通過(guò)誤差信號(hào)Verr適當(dāng)?shù)乜刂普{(diào)節(jié)晶體管21的電流信道導(dǎo)通狀態(tài)，故能有效地維持輸出電壓Vout于所期望的調(diào)節(jié)值并供應(yīng)所需要的負(fù)載電流。
為了降低輸入電壓源Vin發(fā)生瞬間變化時(shí)對(duì)于調(diào)節(jié)晶體管21所造成的沖擊，根據(jù)本實(shí)用新型的線性電壓調(diào)節(jié)器20設(shè)置有事件偵測(cè)電路25、使能控制電路26、以及電壓限制電路27。事件偵測(cè)電路25用于偵測(cè)輸入電壓源Vin的瞬間變化事件，并產(chǎn)生事件信號(hào)DT。響應(yīng)于事件信號(hào)DT，使能控制電路26產(chǎn)生第一使能信號(hào)S1與第二使能信號(hào)S2，用于決定電壓限制電路27的有效操作時(shí)間。由于輸入電壓源Vin的瞬間變化直接影響調(diào)節(jié)晶體管21的源極柵極間電位差Vsg，故電壓限制電路27在有效操作時(shí)間內(nèi)使調(diào)節(jié)晶體管的源極與柵極間電位差Vsg受限于預(yù)定的限制電壓內(nèi)，防止調(diào)節(jié)晶體管21的操作狀態(tài)劇烈地變動(dòng)。
具體而言，事件偵測(cè)電路25由電容Cs、放電電流源I1、以及充電電流源I2所構(gòu)成。電容Cs的第一端是連接于輸入電壓源Vin。放電電流源I1經(jīng)由電流鏡M與電阻R而連接于電容Cs的第二端。充電電流源I2則并聯(lián)于電容Cs。當(dāng)輸入電壓源Vin發(fā)生瞬間變化時(shí)，由于跨于電容Cs兩端的電位差無(wú)法發(fā)生不連續(xù)的變化，故電容Cs的第二端的電位亦隨同第一端的輸入電壓源Vin。發(fā)生瞬間變化。因此，從電容Cs的第二端可以得到所期望的事件信號(hào)DT。在電容Cs的第二端的電壓瞬間變大后，放電電流源I1可使第二端的電壓逐漸下降而回復(fù)到預(yù)定的基本穩(wěn)態(tài)值BV。在電容Cs的第二端的電位瞬間變小后，充電電流源I2可使第二端的電位逐漸上升而回復(fù)到該預(yù)定的基本穩(wěn)態(tài)值BV。在實(shí)施例中，放電電流源I1所提供的電流設(shè)計(jì)成充電電流源I2的兩倍大。
使能控制電路26具有第一比較器26a與第二比較器26b?；谑录盘?hào)DT與預(yù)定的第一觸發(fā)電壓Vt1間的比較，第一比較器26a產(chǎn)生第一使能信號(hào)S1。基于事件信號(hào)DT與預(yù)定的第二觸發(fā)電壓Vt2間的比較，第二比較器26b產(chǎn)生第二使能信號(hào)S2。第一觸發(fā)電壓Vt1設(shè)計(jì)成大于該預(yù)定的基本穩(wěn)態(tài)值BV，而第二觸發(fā)電壓Vt2則設(shè)計(jì)成小于該預(yù)定的基本穩(wěn)態(tài)值BV。因此，當(dāng)輸入電壓源Vin瞬間變大時(shí)，第一比較器26a可受到觸發(fā)而產(chǎn)生第一使能信號(hào)S1，而當(dāng)輸入電壓源Vin瞬間變小時(shí)，第二比較器26b可受到觸發(fā)而產(chǎn)生第二使能信號(hào)S2。
電壓限制電路27具有上側(cè)限制單元27a與下側(cè)限制單元27b。第一使能信號(hào)S1決定上側(cè)限制單元27a的有效操作時(shí)間，而第二使能信號(hào)S2則決定下側(cè)限制單元27b的有效操作時(shí)間。
圖2(B)顯示根據(jù)本實(shí)用新型的上側(cè)限制單元27a的電路圖。參照?qǐng)D2(B)，上側(cè)限制單元27a主要包括開(kāi)關(guān)單元G1，可由晶體管或傳輸閘所構(gòu)成，以及限制單元，可由晶體管Q1所構(gòu)成。開(kāi)關(guān)單元G1由第一比較器26a所產(chǎn)生的第一使能信號(hào)S1決定導(dǎo)通與否。當(dāng)開(kāi)關(guān)單元G1尚未導(dǎo)通而處于斷路狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)晶體管21的柵極僅受到誤差放大器23所產(chǎn)生的誤差信號(hào)Verr所控制，亦即此時(shí)上側(cè)限制單元27a對(duì)其并無(wú)影響。然而當(dāng)?shù)谝皇鼓苄盘?hào)S1導(dǎo)通開(kāi)關(guān)單元G1時(shí)，輸入電壓源Vin將經(jīng)由晶體管Q1而耦合到調(diào)節(jié)晶體管21的柵極。由于晶體管Q1耦合成一個(gè)二極管，亦即其柵極與漏極相互連接在一起，故晶體管Q1的作用如同一個(gè)電壓限制器，可將輸入電壓源Vin與調(diào)節(jié)晶體管21的柵極間的電位差限制在一個(gè)二極管的順向?qū)▔航祪?nèi)(倘若忽略開(kāi)關(guān)單元G1的微小的導(dǎo)通電阻)。因此，既然調(diào)節(jié)晶體管21的源極電壓等于輸入電壓源Vin，故調(diào)節(jié)晶體管21的源極與柵極間的電位差Vsg即限制在一個(gè)二極管的順向?qū)▔航祪?nèi)。
圖2(C)顯示根據(jù)本實(shí)用新型的下側(cè)限制單元27b的電路圖。參照?qǐng)D2(C)，下側(cè)限制單元27b主要包括開(kāi)關(guān)單元G2，可由晶體管或傳輸閘所構(gòu)成，以及限制單元，由晶體管Q2、Q3、與Q4所構(gòu)成。開(kāi)關(guān)單元G2由第二比較器26b所產(chǎn)生的第二使能信號(hào)S2決定導(dǎo)通與否。晶體管Q2與Q3共同形成一個(gè)電流鏡。晶體管Q3的漏極經(jīng)由固定電流源Ib連接于地面電位，并且晶體管Q3的源極經(jīng)由晶體管Q4而連接于輸入電壓源Vin。晶體管Q4耦合成一個(gè)二極管，亦即其柵極與漏極相互連接于一起。當(dāng)開(kāi)關(guān)單元G2尚未導(dǎo)通而處于斷路狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)晶體管21的柵極僅受到誤差放大器23所產(chǎn)生的誤差信號(hào)Verr所控制，亦即此時(shí)下側(cè)限制單元27b對(duì)其并無(wú)影響。然而當(dāng)?shù)诙鼓苄盘?hào)S2導(dǎo)通開(kāi)關(guān)單元G2時(shí)，輸入電壓源Vin將經(jīng)由晶體管Q4以及電流鏡Q2與Q3而耦合到調(diào)節(jié)晶體管21的柵極?；陔娏麋RQ2與Q3的對(duì)稱(chēng)性電路特征，晶體管Q2的源極電壓實(shí)質(zhì)上等于晶體管Q3的源極電壓。因此，輸入電壓源Vin與晶體管Q2的源極電壓間的電位差是限制在一個(gè)二極管的順向?qū)▔航祪?nèi)。既然調(diào)節(jié)晶體管21的源極電壓等于輸入電壓源Vin，則調(diào)節(jié)晶體管21的源極與柵極間的電位差Vsg即限制在一個(gè)二極管的順向?qū)▔航祪?nèi)(倘若忽略開(kāi)關(guān)單元G2的微小的導(dǎo)通電阻)。
圖3顯示根據(jù)本實(shí)用新型的線性電壓調(diào)節(jié)器20的操作波形時(shí)序圖。假設(shè)在時(shí)間T0時(shí)，輸入電壓源Vin瞬間變大，使得事件偵測(cè)電路25的事件信號(hào)DT在同一時(shí)間突然上升而超過(guò)第一觸發(fā)電壓Vt1，因而觸發(fā)使能控制電路26的第一比較器26a。在此瞬間上升事件后，事件信號(hào)DT即逐漸下降以便恢復(fù)到基本穩(wěn)態(tài)值BV，尤其在時(shí)間T1時(shí)變成低于第一觸發(fā)電壓Vt1。因此，第一比較器26a所產(chǎn)生的第一使能信號(hào)S1是一個(gè)脈沖信號(hào)，用于在時(shí)間T0到時(shí)間T1內(nèi)使能上側(cè)限制單元27a。從時(shí)間T0到時(shí)間T1可視為上側(cè)限制單元27a的有效操作時(shí)間，在此期間中調(diào)節(jié)晶體管21不會(huì)過(guò)度導(dǎo)通而飽和，顯著地改善晶體管電流Iq與輸出電壓Vout的反應(yīng)。
同樣地，假設(shè)在時(shí)間T2時(shí)，輸入電壓源Vin瞬間變小，使得事件偵測(cè)電路25的事件信號(hào)DT在同一時(shí)間突然下降而低于第二觸發(fā)電壓Vt2，因而觸發(fā)使能控制電路26的第二比較器26b。在此瞬間下降事件后，事件信號(hào)DT即逐漸上升以便恢復(fù)到基本穩(wěn)態(tài)值BV，尤其在時(shí)間T3時(shí)變成超過(guò)第二觸發(fā)電壓Vt2。因此，第二比較器26b所產(chǎn)生的第二使能信號(hào)S2是一個(gè)脈沖信號(hào)，用于在時(shí)間T2到時(shí)間T3內(nèi)使能下側(cè)限制單元27b。從時(shí)間T2到時(shí)間T3可視為下側(cè)限制單元27b的有效操作時(shí)間，在此期間內(nèi)調(diào)節(jié)晶體管21不會(huì)過(guò)度導(dǎo)通而飽和，有效地改善晶體管電流Iq與輸出電壓Vout的反應(yīng)。
雖然上述實(shí)施例同時(shí)使用第一與第二比較器26a與26b以及上側(cè)與下側(cè)限制單元27a與27b，因而對(duì)于輸入電壓源Vin的瞬間變大與瞬間變小均可達(dá)成有效的改善，但本實(shí)用新型還可以應(yīng)用于只須改善單一瞬間變化方向的情況。具體而言，如果只想改善對(duì)于輸入電壓源Vin的瞬間變大的反應(yīng)，則可僅使用第一比較器26a與上側(cè)限制單元27a。另一方面，倘若只想改善對(duì)于輸入電壓源Vin的瞬間變小的反應(yīng)，則可僅使用第二比較器26b與下側(cè)限制單元27b。
雖然本實(shí)用新型已經(jīng)通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例作為例示加以說(shuō)明，還應(yīng)了解本實(shí)用新型并不局限于這個(gè)被揭示的實(shí)施例。相反地，本實(shí)用新型旨在涵蓋對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言非常明顯的各種修改與相似配置。因此，權(quán)利要求的范圍應(yīng)根據(jù)最廣的詮釋?zhuān)园ㄋ写祟?lèi)修改與相似配置。
權(quán)利要求1.一種線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是包括調(diào)節(jié)晶體管，具有控制電極、第一信道電極、與第二信道電極，所述第一信道電極連接于輸入電壓源，而所述第二信道電極提供輸出電壓；反饋電路，用于產(chǎn)生反饋信號(hào)，其代表所述輸出電壓；誤差放大電路，基于所述反饋信號(hào)與預(yù)定的參考電壓間的比較而產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)，用于控制所述控制電極；事件偵測(cè)電路，耦合到所述輸入電壓源，用于產(chǎn)生一個(gè)事件信號(hào)，其指示所述輸入電壓源的瞬間變化事件；使能控制電路，響應(yīng)于所述事件信號(hào)而產(chǎn)生一個(gè)使能信號(hào)；以及電壓限制電路，響應(yīng)于所述使能信號(hào)而限制所述第一信道電極與所述控制電極間的電位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述使能信號(hào)決定所述電壓限制電路的有效操作時(shí)間，使得在所述有效操作時(shí)間內(nèi)，所述第一信道電極與所述控制電極間的所述電位差受到限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述電壓限制電路使所述第一信道電極與所述控制電極間的所述電位差限制在一個(gè)二極管的順向?qū)▔航祪?nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述事件偵測(cè)電路包括電容，具有第一端與第二端，所述第一端是連接于所述輸入電壓源，所述第二端提供一個(gè)電壓作為所述事件信號(hào)，以及電流源，用于允許所述第二端所提供的所述電壓恢復(fù)到預(yù)定的基本穩(wěn)態(tài)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述電流源包括放電電流源，用于允許所述第二端所提供的所述電壓下降到所述基本穩(wěn)態(tài)值，以及充電電流源，用于允許所述第二端所提供的所述電壓上升到所述基本穩(wěn)態(tài)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述電壓限制電路包括開(kāi)關(guān)單元，由所述使能信號(hào)決定其導(dǎo)通與否，以及限制單元，用于在所述開(kāi)關(guān)單元導(dǎo)通時(shí)限制所述第一信道電極與所述控制電極間的所述電位差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述限制單元由一個(gè)耦合成二極管的晶體管所實(shí)施，并且串聯(lián)于所述輸入電壓源與所述開(kāi)關(guān)單元之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述限制單元由一個(gè)耦合成二極管的晶體管與一個(gè)電流鏡所實(shí)施，使得所述耦合成二極管的晶體管連接于所述輸入電壓源與所述電流鏡間，并且所述開(kāi)關(guān)單元連接于所述控制電極與所述電流鏡之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述使能信號(hào)包括第一使能信號(hào)與第二使能信號(hào)，并且所述使能控制電路包括第一比較器，用于基于所述事件信號(hào)與預(yù)定的第一觸發(fā)電壓間的比較而產(chǎn)生所述第一使能信號(hào)，以及第二比較器，用于基于所述事件信號(hào)與預(yù)定的第二觸發(fā)電壓間的比較而產(chǎn)生所述第二使能信號(hào)，其中所述第一觸發(fā)電壓設(shè)計(jì)成大于所述第二觸發(fā)電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電壓調(diào)節(jié)器，其特征是所述電壓限制電路包括上側(cè)限制單元，耦合于所述輸入電壓源與所述控制電極之間，用于在所述輸入電壓源瞬間變大時(shí)，限制所述第一信道電極與所述控制電極間的所述電位差，以及下側(cè)限制單元，耦合于所述控制電極與地面電位之間，用于在所述輸入電壓源瞬間變小時(shí)，限制所述第一信道電極與所述控制電極間的所述電位差。
專(zhuān)利摘要線性電壓調(diào)節(jié)器具有調(diào)節(jié)晶體管，其第一信道電極接收輸入電壓源而第二信道電極提供輸出電壓。調(diào)節(jié)晶體管的控制電極是由誤差放大電路基于輸出電壓的反饋信號(hào)與參考電壓間的比較所控制的。耦合于輸入電壓源的事件偵測(cè)電路可以偵測(cè)到輸入電壓源的瞬間變化。響應(yīng)于所測(cè)得的瞬間變化，使能控制電路產(chǎn)生使能信號(hào)，用于決定電壓限制電路的有效操作時(shí)間。在該有效操作時(shí)間內(nèi)，第一信道電極與控制電極間的電位差受限于預(yù)定的限制電壓內(nèi)，以避免調(diào)節(jié)晶體管的操作狀態(tài)劇烈地變動(dòng)。
文檔編號(hào)G05F1/56GK2876858SQ200520107249
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者田雅德, 陳勇志 申請(qǐng)人:圓創(chuàng)科技股份有限公司