[發(fā)明專利]具有改進(jìn)的線性調(diào)節(jié)瞬態(tài)響應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610856306.6
• 申請(qǐng)日: 2016-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107037850B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·皮特伊;C·里貝利諾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 意法設(shè)計(jì)與應(yīng)用股份有限公司;意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): G05F1/56
• 分類號(hào): G05F1/56
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的線性調(diào)節(jié)瞬態(tài)響應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器。通過(guò)將低壓差調(diào)節(jié)器電路保持在閉環(huán)狀態(tài)下來(lái)獲得瞬態(tài)響應(yīng)的幅度的明顯減小。這通過(guò)在由于輸入電壓下降而導(dǎo)致發(fā)生開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí)操縱參考電壓電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，使用輸入電壓電平來(lái)跟蹤參考電壓電平，以保持對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。因此，調(diào)節(jié)器的功率傳輸元件沒(méi)有被迫進(jìn)入線性區(qū)域(在MOSFET的情況下)或者深度飽和(在雙極型晶體管的情況下)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電壓調(diào)節(jié)器電路。

背景技術(shù)

電壓調(diào)節(jié)器、諸如低壓差(LDO)電壓調(diào)節(jié)器是電子系統(tǒng)中廣泛使用的器件。這樣的電路通常用在電壓供應(yīng)鏈中以向被供應(yīng)的系統(tǒng)提供精確并且時(shí)間穩(wěn)定的電源電壓。對(duì)于調(diào)節(jié)器電路的電氣特性存在嚴(yán)格要求。電壓調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)是保持將輸出電壓(VOUT)調(diào)節(jié)在標(biāo)稱電壓電平。這必須在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)狀態(tài)下都被確保。如果電壓VOUT失去調(diào)節(jié)，則可能導(dǎo)致被供應(yīng)系統(tǒng)的故障或者甚至破壞。如果LDO調(diào)節(jié)器的輸入電壓VIN在很寬的范圍上以很高的轉(zhuǎn)換速率變化，則輸出電壓VOUT可以示出不同的瞬態(tài)響應(yīng)結(jié)果——例如，過(guò)沖、欠沖。這樣的瞬態(tài)響應(yīng)結(jié)果的幅度取決于調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)特性。這一行為通常稱為線性瞬態(tài)響應(yīng)。其有益于改善操作特性，因?yàn)槠鋵⒃黾颖３州敵鲭妷篤OUT恒定的整個(gè)調(diào)節(jié)器能力。

LDO電壓調(diào)節(jié)器通常被構(gòu)建作為反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電路感測(cè)輸出電壓VOUT與參考電壓(VREF)之間的誤差，并且在誤差的充分增加之后，電路使用放大信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)功率傳輸(晶體管)元件。從原理上講，VOUT與VREF之間通常存在一些誤差，但是由于高的增益，對(duì)輸出電壓VOUT的影響可忽略。通常，輸出電壓VOUT電平的精度更多地受到誤差放大器的偏移以及電壓參考的精度的影響。在穩(wěn)態(tài)下，當(dāng)電源電壓(VIN)電平和負(fù)載電流(ILOAD)固定時(shí)，調(diào)節(jié)器能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓VOUT電平。這種情況在VIN和/或ILOAD變化時(shí)、尤其是在變化非常快(例如由于瞬態(tài)狀態(tài))時(shí)非常麻煩。LDO調(diào)節(jié)器作為真實(shí)的電子電路具有由被存儲(chǔ)在系統(tǒng)內(nèi)部的電荷以及電荷載流子的遷移率給出的特征響應(yīng)時(shí)間。出于這一原因，系統(tǒng)不能夠在極其短的時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)。這被表示為L(zhǎng)DO的線性/負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，其在VOUT波形上可以作為在標(biāo)稱VOUT電平周圍的欠沖/過(guò)沖而被看出。瞬態(tài)響應(yīng)的幅度取決于VIN的幅度、ILOAD激勵(lì)和轉(zhuǎn)換速率。小且慢的變化可以生成相對(duì)較小的VOUT瞬態(tài)；具有高幅度的快速變化可以生成相對(duì)較大的VOUT瞬態(tài)(其可能超過(guò)安全極限)。

已知LDO調(diào)節(jié)器根據(jù)VIN電平在兩種狀態(tài)下操作。如果VIN電平足夠超過(guò)標(biāo)稱VOUT電壓，則LDO調(diào)節(jié)器操作以將VOUT調(diào)節(jié)在恒定電平。然而，如果VIN電平下降到接近或者甚至低于標(biāo)稱VOUT電壓，則LDO調(diào)節(jié)器不能夠提供恒定的VOUT電平并且輸出電壓下降。第一種狀態(tài)在本領(lǐng)域中稱為“閉環(huán)”，第二種狀態(tài)稱為“開(kāi)環(huán)”。在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，LDO調(diào)節(jié)器本身沒(méi)有作為電壓調(diào)節(jié)器操作，但是如同具有引起某個(gè)最小壓差電壓VDROP＝VIN-VOUT＝ILOAD*RDSON(其中RDSON是驅(qū)動(dòng)晶體管的導(dǎo)通電阻)的某個(gè)特征電阻的開(kāi)關(guān)一樣操作。閉環(huán)狀態(tài)與開(kāi)環(huán)狀態(tài)之間的過(guò)渡用LDO電路系統(tǒng)內(nèi)部的操作點(diǎn)的明顯變化來(lái)表示。如果模式之間的變化是由于例如極端的并且非常快速的VIN變化，則電路將在短的時(shí)間周期上適應(yīng)這一變化，并且這一影響的結(jié)果是輸出電壓的極端的瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)沖和/或欠沖。

壓差狀態(tài)本身對(duì)于LDO調(diào)節(jié)器并不是問(wèn)題，但是從壓差(開(kāi)環(huán))到閉環(huán)狀態(tài)的過(guò)渡是問(wèn)題。過(guò)渡通常由VIN電平的上升過(guò)渡來(lái)迫使。調(diào)節(jié)器必須以快速的方式反應(yīng)以恢復(fù)VOUT調(diào)節(jié)。由于電路內(nèi)部存儲(chǔ)有大量電荷，所以不能夠在無(wú)限短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)調(diào)節(jié)。其結(jié)果可以是調(diào)節(jié)器輸出的嚴(yán)重過(guò)沖。現(xiàn)有技術(shù)中需要明顯地改善這一響應(yīng)。