電壓穩(wěn)壓電路及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于提供穩(wěn)定電壓的技術(shù)，特別是關(guān)于一種電壓穩(wěn)壓電路及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓穩(wěn)壓器(voltage regulator)通常設(shè)置在供應(yīng)電源與負(fù)載電路之間，藉以基于供應(yīng)電壓提供穩(wěn)定的輸出電壓給負(fù)載電路。電壓穩(wěn)壓器是利用一誤差放大器(erroramplifier)根據(jù)第一反饋電壓與參考電壓之間的比較結(jié)果來控制功率元件的導(dǎo)通狀況，并經(jīng)由功率元件將供應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓。在負(fù)載電流的變化下，電壓穩(wěn)壓器則通過反饋機(jī)制去穩(wěn)定輸出電壓。
[0003]電壓穩(wěn)壓器具有低雜訊與高精準(zhǔn)度的優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用在電源管理上。但也因?yàn)閼?yīng)用范圍大，電壓穩(wěn)壓器必須具有許多保護(hù)機(jī)制(例如:0VP、過電流保護(hù)(Over-Current Protect1n ;0CP)、OTP),以因應(yīng)各種的環(huán)境因素。無論是防止短路電流的發(fā)生，或是防止瞬間輸出電壓過高，許多問題都顯示出過電流保護(hù)有著不可或缺的重要性。
[0004]目前應(yīng)用于電壓穩(wěn)壓器的過電流保護(hù)電路仍存在至少一問題，例如:因采用連續(xù)性檢測機(jī)制而影響電壓穩(wěn)壓器于正常工作狀態(tài)下的偏壓、無法同時(shí)具有過電流以及短路電流的防護(hù)能力、相對增加功率損耗、需要相對大的工作電流、及相對慢地恢復(fù)正常工作狀態(tài)坐寸ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電壓穩(wěn)壓電路及其方法。用以解決上述的問題和其他問題。
[0006]在一實(shí)施例中，一種電壓穩(wěn)壓電路包括一誤差放大器、一輸出電路、一電流感測電路、一防護(hù)開關(guān)以及一判斷電路。
[0007]輸出電路電性連接誤差放大器。電流感測電路電性連接誤差放大器及功率元件的控制端。防護(hù)開關(guān)電性連接功率元件的控制端。判斷電路電性連接電流感測電路以及防護(hù)開關(guān)。
[0008]誤差放大器用以根據(jù)參考電壓和第一反饋電壓產(chǎn)生控制信號。輸出電路包括一功率元件，并且此功率元件用以根據(jù)控制信號將供應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓。其中，第一反饋電壓與輸出電壓相關(guān)。電流感測電路用以產(chǎn)生對應(yīng)通過功率元件的輸出電流的電流感測信號。判斷電路用以根據(jù)電流感測信號以及電流參考信號控制防護(hù)開關(guān)箝制控制信號的電位。
[0009]在另一實(shí)施例中，一種電壓穩(wěn)壓方法包括接收一供應(yīng)電壓、根據(jù)一參考電壓和一第一反饋電壓產(chǎn)生一控制信號、利用一功率元件根據(jù)控制信號將供應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換為一輸出電壓、產(chǎn)生一電流參考信號、產(chǎn)生對應(yīng)通過功率元件的輸出電流的一電流感測信號、以及根據(jù)電流感測信號以及電流參考信號控制一防護(hù)開關(guān)箝制控制信號的電位。其中，第一反饋電壓與輸出電壓相關(guān)。
[0010]綜上，根據(jù)本發(fā)明的電壓穩(wěn)壓電路及其方法適用于防止電壓穩(wěn)壓電路的輸出出現(xiàn)短路電流或過電流的狀況，以避免電壓穩(wěn)壓電路燒毀，以及保護(hù)負(fù)載端的電路(耦接在負(fù)載接點(diǎn)NOUT的負(fù)載電路)。當(dāng)電壓穩(wěn)壓電路的輸出電流過大時(shí)，過電流保護(hù)電路將會啟動以限制大輸出電流的發(fā)生，并且利用返折型限流(Foldback-Current)機(jī)制將電壓穩(wěn)壓電路的輸出電流降到較低的電平，以避免短路電流的發(fā)生與輸出電壓過沖(Overshoot)，并且降低功率損耗。當(dāng)過電流或過電流的狀況移除后，過電流保護(hù)電路會關(guān)閉，電壓穩(wěn)壓電路即回到正常工作狀態(tài)。于此，在整個(gè)過電流保護(hù)電路的檢測過程中，輸出電流的檢測并不會影響到原電壓穩(wěn)壓電路的工作。過電流保護(hù)電路的構(gòu)成簡單且靜態(tài)電流很低，適用于低電流的產(chǎn)品。換言之，過電流保護(hù)電路無工作電流，即，當(dāng)無輸出電流產(chǎn)生時(shí)，過電流保護(hù)電路不耗電。再者，過電流保護(hù)電路無采用需要絕對阻值的元件，檢測精準(zhǔn)度相對高。
【附圖說明】
[0011]圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電壓穩(wěn)壓電路的示意圖。
[0012]圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電壓穩(wěn)壓電路的示意圖。
[0013]圖3為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電壓穩(wěn)壓電路的示意圖。
[0014]圖4為在圖1所不的電壓穩(wěn)壓電路中輸出電壓與輸出電流相應(yīng)于負(fù)載變化的關(guān)系圖。
[0015]圖5為在圖1所不的電壓穩(wěn)壓電路中輸出電壓與輸出電流相應(yīng)于負(fù)載變化的關(guān)系圖。
[0016]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0017]10電壓穩(wěn)壓電路
[0018]110誤差放大器
[0019]130輸出電路
[0020]150過電流保護(hù)電路
[0021]151電流感測電路
[0022]153防護(hù)開關(guān)
[0023]155判斷電路
[0024]170信號走線
[0025]MS感測元件
[0026]Ic可變電流源
[0027]MP功率元件
[0028]Nin電源接點(diǎn)
[0029]Nout負(fù)載接點(diǎn)
[0030]Sc控制信號
[0031]Veef參考電壓
[0032]Rl第一電阻
[0033]R2第二電阻
[0034]Vout輸出電壓
[0035]Vfbi反饋電壓
[0036]i0UT輸出電流
[0037]iSEN感測電流
[0038]Ml晶體管
[0039]M2晶體管
[0040]imir電流感測信號
[0041]iref電流參考信號
[0042]Vc電壓電位
[0043]Is定電流源
[0044]Cs儲能元件
[0045]MF分流元件
[0046]Vfb2反饋電壓
[0047]R3第三電阻
[0048]R4第四電阻
【具體實(shí)施方式】
[0049]參照圖1,電壓穩(wěn)壓電路10,包括:一誤差放大器110、一輸出電路130及一過電流保護(hù)電路150。
[0050]過電流保護(hù)電路150包括一電流感測電路151、一防護(hù)開關(guān)153以及一判斷電路155。電流感測電路151包括一感測元件MS以及一可變電流源Ic。
[0051]誤差放大器110的輸出端電性連接至輸出電路130及感測元件MS的控制端。輸出電路130的輸入端電性連接至電源接點(diǎn)Nin，而輸出電路130的輸出端電性連接至負(fù)載接點(diǎn) Nout。
[0052]于此，輸出電路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的控制端與感測元件MS的控制端共同電性連接至誤差放大器110的輸出端。換言之，功率元件MP與感測元件MS共享來自誤差放大器110的控制信號Sc。
[0053]功率元件MP的第一端、感測元件MS的第一端以及防護(hù)開關(guān)153的第一端皆電性連接至電源接點(diǎn)Nin。功率元件MP的第二端電性連接至負(fù)載接點(diǎn)Nqut。感測元件MS的第二端電性連接至可變電流源1C。防護(hù)開關(guān)153的第二端電性連接至誤差放大器110的輸出端，而防護(hù)開關(guān)153的控制端電性連接至可變電流源Ic。
[0054]在負(fù)載接點(diǎn)Ntot與誤差放大器110的第一輸入端之間具有一反饋路徑。誤差放大器I1的第二輸入端電性連接至參考電壓VKEF。于此，參考電壓Vkef可由信號產(chǎn)生器提供。此信號產(chǎn)生器可為電壓調(diào)節(jié)電路10的外部組件，亦可為電壓調(diào)節(jié)電路10的內(nèi)部組件。
[0055]于此，反饋路徑可以信號走線或分壓電阻電路實(shí)現(xiàn)。
[0056]在一些實(shí)施例中，參照圖1，在負(fù)載接點(diǎn)Nott及放大器110的第一輸入端之間可耦接一分壓電阻電路。于此，分壓電阻電路可包括一第一電阻Rl和一第二電阻R2。第一電阻Rl電性連接在負(fù)載接點(diǎn)Nqut (即，輸出電路130的輸出端)和誤差放大器110的第一輸入端之間。第二電阻R2電性連接在誤差放大器110的第一輸入端和接地之間。也就是說，第一電阻Rl和第二電阻R2串接在負(fù)載接點(diǎn)Nqut和接地之間，并且于第一電阻Rl和第二電阻R2之間形成分壓接點(diǎn)。誤差放大器110的第一輸入端則耦接至分壓接點(diǎn)。
[0057]于此，利用第一電阻Rl和第二電阻R2取得輸出電壓Vqut的分壓作為反饋電壓Vfbi(以下稱之為第一反饋電壓VFB1)，并將第一反饋電壓Vfbi提供給誤差放大器110。
[0058]在一些實(shí)施例中，參照圖2，在負(fù)載接點(diǎn)Nott及放大器110的第一輸入端之間可耦接一信號走線170，以直接通過信號走線170將輸出電壓Vtot作為第一反饋電壓Vfbi而提供給誤差放大器110。
[0059]在正常工作狀態(tài)下，誤差放大器110的第一輸入端接收來自反饋路徑的第一反饋電壓Vfbi，并且誤差放大器110根據(jù)第一反饋電壓Vfbi和參考電壓Vkef之間的差值產(chǎn)生一放大電壓(即,控制信號Sc)。于此,第一反饋電壓Vfbi與輸出電壓Vmjt相關(guān)。
[0060]功率元件MP的第一端接收電源接點(diǎn)Nin所提供的供應(yīng)電壓Vin。功率元件MP的控制端接收控制信號Sc。于此，功率元件MP根據(jù)控制信號Sc將供應(yīng)電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓并由功率元件MP的第二端提供輸出電壓Vtot至負(fù)載接點(diǎn)Ntot。
[0061 ] 感測元件MS檢測通過功率元件MP的輸出電流iQUT來產(chǎn)生對應(yīng)的感測電流iSEN。
[0062]在一些實(shí)施例中，功率元件MP可為一 PMOS晶體管或一 NMOS晶體管。感測元件MS亦可為一 PMOS晶體管或一 NMOS晶體管。并且,功率元件MP的尺寸與感測元件MS的尺寸之間具有一既定比例。
[0063]感測元件MS與功率元件MP形成一第一電流鏡，以致使感測元件MS以此既定比例映射通過功率元件MP的輸出電流而產(chǎn)生對應(yīng)的感測電流iSEN。
[0064]在一些實(shí)施例中，功率元件MP的尺寸小于感測元件MS的尺寸。
[0065]可變電流源Ic根據(jù)感測電流iSEN產(chǎn)生電流感測信號i_。在一些實(shí)施例中，可變電流源Ic可由二晶體管Ml、M2所構(gòu)成的第二電流鏡。第二電流鏡的一主電流端連接至感測元件MS，而第二電流鏡的仆電流端連接至判斷電路155。
[0066]感測元件MS所產(chǎn)生的感測電流iSEN經(jīng)由晶體管Ml流到接地。流經(jīng)晶體管M2的電流(即，電流感測信號U會反映或近似流經(jīng)晶體管