CN101135917A

CN101135917A - 电压调节器

Info

Publication number: CN101135917A
Application number: CN 200610121677
Authority: CN
Inventors: 颜志仁
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2026-08-28
Also published as: CN100514245C

Abstract

一种电压调节器，该电压调节器包括电压调节单元与过驱动单元。电压调节单元根据输入电压，输出相对应的输出电压。过驱动单元耦接于电压调节单元的输入端与电压调节单元的输出端之间，并根据输出电压与参考电压的比较结果，调节输入电压。

Description

电压调节器

技术领域

本发明关于一种电压调节器，且特别是关于一种可实时调节输入电压，以维持输出电压电平的电压调节器。

背景技术

传统的电压调节器，在未考虑负载时，通常为一稳定的电压输出。但是，当负载电流瞬间发生变化时，其输出电压会因为无法实时提供足够的驱动电流，而造成输出电压骤降的现象。尤其是在需要提供较大电流驱动能力时，例如液晶面板的源极驱动器(LCD panel source driver)，这种电压骤降的现象更为明显。

图1为根据传统技术的电压调节器。电压调节器100包括电压发生器110与电压调节单元120。电压发生器110利用电流源I_REF与电阻R13的共用节点提供输入电压INT至运算放大器122的负输入端。因为虚短路原理(Principleof Virtual Short Circuit)，电阻R11与电阻R12的共用节点的电压等于输入电压INT。此时，电阻R11与P型晶体管(PMOS晶体管)P11的共用节点产生输出电压OUT。电容器C_L的功能在于稳定电压调节器100的输出电压OUT，使其不会因负载电流130瞬间变化而随之剧烈变动。如图1所示，当传统的电压调节器100所耦接的负载电流I_L瞬间变化越大时，其输出电压OUT骤降的现象也就更明显。因此，电压调节器100必须在输出电压OUT产生骤降时，有效提升电压调节单元120的驱动能力。

发明内容

本发明的目的其中之一是在提供一种电压调节器，当输出电压因负载电流变动而骤降时，可调节输入电压的电平来提高电压调节器的驱动能力。

本发明的目的其中之一是在提供一种电压调节器，可适用于驱动较大的电流负载，根据输出电压的电平变化，实时调节电压调节器的驱动能力，维持输出电压的电平。

为实现上述与其他目的，本发明提出一种电压调节器，该电压调节器包括电压调节单元与过驱动单元。电压调节单元根据输入电压，产生相对应的输出电压。过驱动单元耦接于电压调节单元的输入端与电压调节单元的输出端之间，并根据输出电压与参考电压的比较结果，调节输入电压。

其中，若输出电压未对应于参考电压，则调节输入电压，使输出电压对应于参考电压。

本发明因利用过驱动的原理，根据输出电压的电平变化，实时调节电压调节器的输入电压，以维持足够的驱动能力，使电压调节器因负载的改变而产生的电压骤降得以快速恢复。因此，本发明的电压调节器可适用于需要较大驱动电流的负载，例如液晶显示面板的源极驱动器。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为图1为根据传统技术的电压调节器。

图2为根据本发明一实施例的电压调节器的电路方块图。

图3为根据本发明另一实施例的电压调节单元的电路图。

图4为根据本发明另一实施例的电压调节单元的电路图。

图5为根据本发明实施例的电压发生电路的电路图。

图6为根据本发明实施例的过驱动电路的电路图。

主要元件符号说明

VDD：工作电压

GND：接地端

INT：输入电压

OUT：输出电压

C_L：电容

I_L：负载电流

I_REF、I₅₁、I₆₁～I₆₄：电流源

R11～R13、R31、R32、R41、R42：电阻

R51～R53、R61～R65：电阻

REV：参考电压

P11、P31、P51：PMOS晶体管

N41、N51：NMOS晶体管

OD：过驱动信号

S61～S64：开关

VB1、VB2：直流偏置电压

100、200：电压调节器

110：电压发生器

120：电压调节单元

122、322、422：运算放大器

130、330、430：负载

210：过驱动单元

220、420：电压调节单元

212：电压发生电路

214：比较器

215：电压比较电路

216：过驱动电路

具体实施方式

图2为根据本发明一实施例的电压调节器的电路方块图。电压调节器200包括过驱动单元210与电压调节单元220。其中，电压调节单元220根据输入电压INT，产生输出电压OUT，输出电压OUT与输入电压INT具有一预定的比例关系，该比例关系可由电压调节单元220的电路结构所决定。

过驱动单元210耦接于电压调节单元220的输入端与输出端之间，并根据输出电压OUT与参考电压REV的比较结果，调节输入电压INT。过驱动单元210包括电压比较电路215与过驱动电路216，电压比较电路215耦接至电压调节器200的输出端，用以比较输出电压OUT与参考电压REV，并输出一过驱动信号OD至过驱动电路216。而过驱动电路216耦接于电压比较电路215与电压调节单元220的输入端之间，根据上述的过驱动信号OD，调节输入电压INT。当输出电压OUT的负载(负载电流或是负载电容)产生瞬间变化时，降低输出电压OUT的电压骤降现象。

在本实施例中，电压比较电路215包括电压发生电路212与比较器214。电压发生电路212用以产生上述的参考电压REV，而比较器214则用以比较输出电压OUT与参考电压REV，并根据比较结果输出过驱动信号OD。在本实施例中，若输出电压ODT大于参考电压REV，则比较器214输出低逻辑电平的过驱动信号OD，若输出电压OUT小于参考电压REV，则比较器214输出高逻辑电平的过驱动信号OD。

接下来，进一步说明本实施例的电压调节单元220。图3为根据本发明另一实施例的电压调节单元的电路图。电压调节单元220耦接在过驱动单元210与负载330之间，根据过驱动电路210所输出的输入电压INT，产生输出电压OUT至负载330。

在本实施例中，电压调节单元220包括运算放大器322、P型晶体管P31、电阻R31、电阻R32以及电容器C_L。运算放大器322的负输入端耦接至输入电压INT，其正输入端耦接至电阻R31与电阻R32的共用节点。P型晶体管P31则耦接于工作电压VDD与电阻R31之间，且P型晶体管P31的栅极耦接至运算放大器322的输出端。因为运算放大器322具有虚短路的特性，所以运算放大器322的正输入端的电压电平会随着负输入端的电压电平(输出电压INT)而改变。因此，输出电压OUT即可等于INT*(1+R31/R32)，上式中的INT即代表输入电压INT的电压值，而R31、R32即分别代表电阻R31、R32的电阻值。因此，只要调节电阻R31、R32的比例，便可调节输出电压OUT与输入电压INT的相对关系。电容器C_L。的功能在于稳定电压调节器220的输出电压OUT，使其不会因负载电流I_L瞬间变化而随的剧烈变动。

在本实施例中，电压比较电路215在稳态平衡时，输出电压OUT高于参考电压REV，过驱动信号OD为低逻辑电平，而负载330中以等效负载电流I_L表示的。当负载330瞬间变化时，输出电压OUT会产生电压骤降的现象。当输出电压OUT小于参考电压REV时，过驱动信号OD转为高逻辑电平，因此过驱动单元210会提高输入电压INT，进而提高运算放大器322的驱动能力，使P型晶体管P31所导通的电流快速上升。并经由更高的电流导通能力来快速提升输出电压OUT的电压值，减少输出电压OUT骤降的现象。当输出电压OUT恢复至高于参考电压REV时，过驱动信号OD恢复为低逻辑电平，而过驱动单元210则将输入电压INT调节至原先的电压电平。

图4为根据本发明另一实施例的电压调节单元的电路图。电压调节单元420耦接于过驱动单元210与负载430之间。电压调节单元420包括运算放大器422、N型晶体管(NMOS晶体管)N41、电阻R41、R42。电阻R41、R42串联耦接于工作电压VDD与N型晶体管N41之间，电阻R41、R42的共用节点耦接至运算放大器422的正输入端。因此，电阻R41、R42的共用节点的电压电平等于输入电压INT。而输出电压OUT可等于工作电压VDD减去电阻R41、R42上的偏置电压。在本技术领域技术人员，经由本发明的公开，应可轻易推知图4中输出电压OUT与输入电压INT的相对关系，在此不加累述。

本实施例中的负载430与图3中的负载330主要的差别在于负载电流I_L的电流方向不同。仅为表示本实施例的电压调节电路可适用于不同型态的负载，本发明所适用的负载并不限定于上述负载330、430的等效电路形式。

接下来，进一步说明本实施例中电压发生电路212的实施方式。图5为根据本实施例的电压发生电路的电路图。图5中仅列举三种不同的电压发生电路(图5(a)-图5(c))，但本发明并不以此为限，只要可产生稳定电压源的方式皆可适用于本实施例的电压发生电路。

图5(a)中，可经由控制电流源I₅₁所输出至电阻R51的电流值，来调节参考电压REV的电压值。图5(b)中则以P型晶体管P51取代电流源I₅₁，经由控制偏置电压VB1即可控制P型晶体管P51所导通的电流，进而控制电阻R52与P型晶体管P51的共用节点所产生的参考电压REV。而图5(c)中，电阻R53与N型晶体管N51串联耦接于工作电压VDD与接地端GND之间，可经由控制偏置电压VB2的电压值来调节参考电压REV的电压值。在本技术领域具有通常知识者，经由本发明的公开，应可轻易推知图5中的电路操作细节与原理，在此不加累述。

图6为根据本实施例的过驱动电路的电路图。本实施例中仅列举三种过驱动电路216的实施方式(图6(a)-图6(c))，本发明并不以此为限，只要能依据过驱动信号OD调节输入电压INT的电路即可。而在图6(a)-图6(c)实例例中，开关S61～S64即根据过驱动信号OD选择性导通或是开路，用以调节输入电压INT。接下来，进一步说明图6(a)-图6(c)的电路结构。

图6(a)中，过驱动电路216包括电阻R61、R62、开关S61、S62以及电流源I₆₁。电阻R61、R62串联耦接于电流源I₆₁与接地端GND之间。开关S61的一端耦接于电流源I₆₁与电阻R61的共用节点，开关S61的另一端耦接过驱动电路216的输出端。开关S62的一端耦接于电阻R61与电阻R62的共用节点，开关S62的另一端耦接过驱动电路216的输出端。过驱动电路216的输出端则用以产生输入电压INT。

其中，开关S61、S62根据电压比较电路215所输出过驱动信号OD，决定其导通与否。请参照图3的实施例，在正常状态下，可使输出电压OUT高于参考电压REV，开关S61开路，开关S62导通。当输出电压OUT因负载变化而使得输出电压OUT低于参考电压REV时，则开关S61导通，开关S62开路。当输出电压OUT高于参考电压REV时，则恢复至正常状态下，即开关S62导通，开关S61开路。输入电压INT随着开关S61、S62的导通状态而改变。当开关S61导通时，输入电压INT较大，当开关S62导通时，输入电压INT明显较小，因仅有电阻R62至接地端的电压差。利用开关S61、S62的导通状态的控制，即可调节输入电压INT的电压电平。若以图4的实施例说明时，在正常状态下，可使输出电压OUT低于参考电压REV，而开关S61导通，开关S62开路。当输出电压OUT因负载变化而使得输出电压OUT高于参考电压REV，则开关S62导通，开关S61开路。当输出电压OUT低于参考电压REV时，则恢复至正常状态下，即开关S61导通，开关S62开路。

图6(b)中，电阻R63与电阻R64串联耦接于电流源I₆₂与接地端GND之间，而开关S63则耦接于电阻R63的两端。请参照图3的实施例，在正常状态下，可使输出电压OUT大于参考电压REV，开关S63在常态下为导通。当输出电压OUT因负载变化而小于参考电压REV时，则开关S63开路，输入电压INT则随的上升。若以图4的实施例做说明，在正常状态下，可使输出电压OUT小于参考电压REV，开关S63在常态下为开路。当输出电压OUT因负载变化而大于参考电压REV时，则开关S63导通，输入电压INT则随之下降。

图6(c)中，电流源I₆₃耦接于电阻R65，开关S64的一端耦接于电流源I₆₄，开关S64的另一端耦接于电流源I₆₃与电阻R65的共用节点。请参照图3的实施例，在正常状态下，可使输出电压OUT大于参考电压REV，开关S64在常态下为开路。当输出电压OUT因负载变化而小于参考电压REV时，则开关S64导通，电流源I₆₃、I₆₄的电流皆流经电阻R65。因此，输入电压INT便随的上升。若以图4的实施例做说明，在正常状态下，可使输出电压OUT小于参考电压REV，开关S64在常态下为导通。当输出电压OUT因负载变化而大于参考电压REV时，则开关S64开路，仅有电流源I₆₃的电流流经电阻R65。因此，输入电压INT便随之下降。

上述图6(a)-(c)的实施例已说明在数种情况下，根据不同的过驱动电路的电路结构，调节参考电压与输出电压之间的预设关系来降低负载变化对输出电压的影响。仅须经由设定适当的参考电压与配合相对应的过驱动电路结构，在负载变化时，不仅可降低输出电压骤降的情况，亦可降低电压骤升的情况，使电压调节器具有更为稳定的输出电压。上述图6(a)-(c)仅为本发明的实施例，并不以此限定本发明的过驱动电路的电路结构，在本技术领域具有通常知识者，经由本发明的公开，应可轻易推知其余可行的电路结构，在此不加累述。

在本发明另一实施例中，亦可利用电阻分压的原理，产生多个电压电平，并依照输出电压OUT与参考电压REV的比较结果。使用上述多个电压电平，改变电压调节器200的输入电压INT。同时，亦可根据输出电压OUT的变化幅度，调节输入电压的变化幅度，以维持输出电压OUT的稳定性。在本技术领域具有通常知识者，经由本发明的公开，应可轻易推知利用电阻分压作为输入电压INT的实施方式，在此不加累述。

本发明利用过驱动的原理，当电压调节器因负载电流发生暂态变化而导致输出电压改变时，实时调节输入电压的电压电平，以提高电压调节器的驱动能力，降低负载变化对输出电压的影响。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本发明的保护范围以所提出的权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种电压调节器，包括：

一电压调节单元，根据一输入电压，产生一输出电压；以及

一过驱动单元，耦接于该电压调节单元的输入端与该电压调节单元的输出端之间，并根据该输出电压与一参考电压的比较结果，调节该输入电压。

2.如权利要求1所述的电压调节器，其中该电压调节单元包括：

一运算放大器，具有一正输入端、一负输入端、一输出端，该运算放大器的该负输入端耦接至该输入电压；

一P型晶体管，该P型晶体管耦接于一工作电压与一第一电阻之间，且该P型晶体管的栅极耦接于该运算放大器的输出端；

一第二电阻，耦接于该第一电阻的另一端与一接地端之间，且该第一电阻与该第二电阻的共用节点耦接至该运算放大器的正输入端；以及

一电容器，耦接于该电压调节单元的输出端与一接地端之间；

其中，该运算放大器的该负输入端为该电压调节单元的输入端，该P型晶体管与该第一电阻的共用节点为该电压调节单元的输出端，并产生该输出电压。

3.如权利要求2所述的电压调节器，其中若该输出电压小于该参考电压，则提高该输入电压。

4.如权利要求1所述的电压调节器，其中该电压调节单元包括：

一N型晶体管，该N型晶体管耦接于一第一电阻与一接地端之间，且该N型晶体管的栅极耦接于该运算放大器的输出端；

一第二电阻，耦接于一工作电压与该第一电阻的另一端之间，且该第一电阻与该第二电阻的共用节点耦接至该运算放大器的正输入端；以及

其中，该运算放大器的该负输入端为该电压调节单元的输入端，该N型晶体管与该第一电阻的共用节点为该电压调节单元的输出端，并产生该输出电压。

5.如权利要求4所述的电压调节器，其中若该输出电压大于该参考电压，则降低该输入电压。

6.如权利要求1所述的电压调节器，其中该过驱动单元包括：

一电压比较电路，耦接至该电压调节器的输出端，用以比较该电压调节器的输出电压与一参考电压，并输出一过驱动信号；

一过驱动电路，耦接于该电压比较电路与该电压调节单元的输入端之间，并根据该过驱动信号，调节该电压调节单元的输入电压。

7.如权利要求6所述的电压调节器，其中该电压比较电路包括：

一电压发生电路，用以产生该参考电压；以及

一比较器，用以比较该电压调节器的输出电压与该参考电压，并输出一过驱动信号至该过驱动电路。

8.如权利要求7所述的电压调节器，其中该电压发生电路包括：

一电阻，该电阻的一端耦接于一接地端；以及

一P型晶体管，耦接于一工作电压与该电阻的另一端之间，该P型晶体管的栅极耦接于一直流偏置电压，该P型晶体管与该电阻的共用节点输出该参考电压。

9.如权利要求7所述的电压调节器，其中该电压发生电路包括：

一电流源；以及

一电阻，耦接于该电流源与一接地端之间，该电阻与该电流源的共用节点输出该参考电压。

10.如权利要求7所述的电压调节器，其中该电压发生电路包括：

一电阻，该电阻的一端耦接于一工作电压；以及

一N型晶体管，耦接于该电阻的另一端与一接地端之间，该N型晶体管的栅极耦接于一直流偏置电压，该N型晶体管与该电阻的共用节点输出该参考电压。

11.如权利要求6所述的电压调节器，其中该过驱动电路包括：

一电流源；

一第一电阻与一第二电阻串联耦接于该电流源与一接地端之间；

一第一开关，该第一开关的一端耦接于该电流源与该第一电阻的共用节点，该第一开关的另一端耦接于该过驱动电路的输出端；以及

一第二开关，该第二开关的一端耦接于该第一电阻与该第二电阻的共用节点，该第二开关的另一端耦接于该过驱动电路的输出端；

其中，若该输出电压大于该参考电压，则该第一开关开路，该第二开关导通，若该输出电压小于该参考电压，则该第一开关导通，该第二开关开路，且该过驱动电路的输出端输出该电压调节单元的输入电压。

12.如权利要求6所述的电压调节器，其中该过驱动电路包括：

一电流源；

一第一电阻与一第二电阻串联耦接于该电流源与一接地端之间；以及

一开关，该开关的一端耦接于该电流源与该第一电阻的共用节点，该开关的另一端耦接该第一电阻与该第二电阻的共用节点，且该电流源与该第一电阻的共用节点为该过驱动电路的输出端；

其中，若该输出电压大于该参考电压，则该开关导通，若该输出电压小于该参考电压，则该开关开路，且该过驱动电路的输出端输出该电压调节单元的输入电压。

13.如权利要求6所述的电压调节器，其中该过驱动电路包括：

一第一电流源；

一第二电流源；

一电阻，耦接于该第一电流源与一接地端之间；以及

一开关，该开关的一端耦接于第二电流源，该开关的另一端耦接于该第一电流源与该电阻的共用节点；

其中，若该输出电压大于该参考电压，则该开关开路，若该输出电压小于该参考电压，则该开关导通，且该过驱动电路的输出端输出该电压调节单元的输入电压。