CN101192070A - 一种用于电压调节器的上电保护方法及电路 - Google Patents

Abstract

在集成电路设计中，电压调节器启动时往往会出现过冲。电压调节器的过冲可能是由电压调节器的带隙基准电压启动时的过冲造成的。而电压调节器较大的输出电容和很小的放电电流往往会造成过冲消除所需要的时间很长。这对于靠该电压调节器供电的外部设备非常不利，甚至可能由于过压导致器件击穿。本发明提供一种上电保护方法及电路，在启动时间内提供一条放电通路2，使电压调节器的输出没有过冲，或使过冲迅速消除。

Description

一种用于电压调节器的上电保护方法及电路

技术领域

本发明涉及上电保护电路，更具体地，本发明涉及用于电压调节器的上电保护电路，所述上电保护电路包括上电检测电路VD、DELAY&CONTROL电路1以及电压调节器的输出到地的放电通路2。

背景技术

在集成电路设计中，电压调节器启动时往往会出现过冲。电压调节器的过冲的形成有很多可能的原因：可能是由于电压调节器的带隙基准电压启动时有过冲，也可能是由于所述电压调节器的负载电流太小。而一旦出现了过冲，该电压调节器的输出电容就储存了一定的电量。要使该过冲消除，需要一段时间使输出电容放电，电压调节器的输出电压才能恢复到正常值。出于减小静态电流消耗的考虑，电压调节器内部的放电通路的电流很小，一般为10uA左右；而电压调节器的输出电容一般都在几百pF以上。这样，如果电压调节器的负载电流又太小，就会导致过冲维持的时间达到几十us，有可能对靠该电压调节器供电的外部设备造成损害。

在一些文献中提到了soft-start电路，功能就是防止电压调节器上电时产生过冲。Soft-start电路有不同的实现方式。在Texas Instruments Incorporated的Jeff Falin的《Soft-start circuits for LDO linear regulators》中提到了两种soft-start的方式，但是一种会对输出电压产生损失，另外一种不能适用于所有的电压调节器。

发明内容

本发明的目的是解决电压调节器上电时有过冲的问题，并且提供一种既不损失电压调节器的输出电压，又可以适用于各种电压调节器的上电保护方案。

因此，本发明提供用于电压调节器的一种上电保护电路，该保护电路包括：

-上电检测电路VD；

-位于上电检测电路输出VUP和开关K1的控制电压VG之间的DELAY&CONTROL电路1；

-负载R1和开关K1串联而成的由VOUT到地的放电通路2。

其中，上电检测电路监测电源电压VIN。在VIN小于一定值时，VUP输出低电平；当VIN上升超过该值时，VUP输出高电平。

DELAY&CONTROL电路1只对上电检测电路的输出VUP的上升沿具有延时作用，该延时可以通过电路内部参数的设定来控制，对VUP的下降沿没有明显的延时作用。

放电通路2的开启和关闭受控制电压VG的控制。当VG为适当的电平时，放电通路2开启，从电压调节器的输出端泄放电流；当VG变为相反的电平后，放电通路2关闭，电压调节器6正常工作，不再受上电保护电路3的影响。

整个电路的工作过程：开始，电源电压还没有上升至一定值，上电检测电路输出低电平，放电通路2的控制电压VG为适当的电平，使放电通路2处于导通状态，给电压调节器的输出提供一条放电通路，防止电压调节器在启动过程中出现过冲。当电源电压VIN上升到一定值后，电压检测电路输出VUP变为高电平，由于DELAY&CONTROL电路的延时作用，VG还会保持一段时间原来的状态，这段时间会使电压调节器的输出达到稳定。然后VG的逻辑状态发生改变，K1断开，放电通路2关闭。上电保护电路3不再影响电压调节器6的输出。

注意：本发明不会使电压调节器的输出电压受到任何损失，而且也具有普遍的适用范围。

根据本发明的一个重要方面，延时电路的延迟时间要根据电压调节器启动时的具体情况来定，放电通路2中的负载R1的作用是限制放电电流。

本发明还提供防止或消除电压调节器上电过冲的一种方法，在电压调节器的启动过程中给电压调节器提供一条放电通路，防止电压调节器输出产生过冲；经过一定时间的延迟，待电压调节器的输出稳定后，关闭该放电通路，不再影响电压调节器的输出。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明的用于电压调节器的上电保护电路；

图2示意性示出了根据本发明的电压调节器。

具体实施方式

在图1中示出的用于电压调节器6的上电保护电路3包括上电检测电路VD、DELAY&CONTROL电路1和放电通路2。

上电检测电路的作用是监测电源电压VIN。在VIN上升到一定值之前，VUP输出低电平；在VIN上升到该值之后，上电检测电路输出高电平。上电检测电路的输出VUP接DELAY&CONTROL电路的输入。

DELAY&CONTROL电路1只对上电检测电路的输出VUP的上升沿具有延时作用，对VUP的下降沿没有明显的延时作用。这样的延时效果由DELAY&CONTROL电路的内部结构来实现。该延时可以通过DELAY&CONTROL电路内部参数的设定来控制。DELAY&CONTROL电路1的输出控制放电通路2中的开关K1的通断。

放电通路2包括负载R1和开关K1。R1和K1串联连接，一端接电压调节器输出VOUT，一端接地。放电通路2的开启和关闭受电压VG的控制。当VG为适当的电平时，放电通路2开启，从电压调节器的输出端泄放电流；当VG变为相反的电平后，放电通路2关闭，电压调节器6正常工作，不再受上电保护电路3的影响。负载R1的大小可以控制放电电流，从而控制放电时间。

上电保护电路3工作原理如下：开始，电源电压低于某一定值，上电检测电路VD输出低电平，放电通路2的控制电压VG为适当的电平，该电平使放电通路2处于导通状态，给电压调节器的输出提供一条放电通路，防止电压调节器在启动过程中出现过冲，或者使已经出现的过冲迅速消失。当VIN电压上升到超过该定值后，上电检测电路输出变为高电平，由于DELAY&CONTROL电路的延时作用，VG还会保持一段时间原来的电平，这段时间会使电压调节器的输出达到稳定。延迟时间的控制可以通过调整DELAY&CONTROL电路内部的器件参数来实现。延迟时间应该足以使VOUT达到稳定。然后VG变为相反的电平，K1断开，放电通路2关闭。上电保护电路3不再影响电压调节器6的输出。VUP的逻辑电平、VG的逻辑电平和开关K1的通断关系由DELAY&CONTROL电路内部的数字逻辑和开关器件K1的类型来确定。但是总是要保证上电过程中K1导通，上电完成后K1断开。

包括本发明3的电压调节器6还包括带隙基准4、误差放大器5、功率器件M0、反馈电阻RF1和RF2、输出电容C0。其中的功率器件还可能是NMOS或者双极器件。另外该电压调节器6还可能进一步包括过温保护电路、短路保护电路、故障监测电路等等。在图2中示意性示出了这样的电压调节器(图中未示出过温保护电路、短路保护电路、故障监测电路等)。VIN是该电压调节器的输入电源电压。

注意，在本文件中使用的任何术语不应当被认为限制本发明的范围。特别地，“包括”一词并不意味着排除未具体描述的任何元件。单个(电路)元件可以使用多个(电路)元件或其等效物来代替。

因此，本领域的技术人员将理解，本发明并不限于上述的实施例，并且不脱离由所附权利要求书定义的本发明的范围，可以做出很多修改和增加。

Claims (9)

1.用于电压调节器的一种上电保护电路，该上电保护电路包括：

-上电检测电路VD；

-位于上电检测电路输出VUP和开关K1的控制电压VG之间的DELAY&CONTROL电路1；

-负载R1和开关K1构成的由VOUT到地的放电通路2；

其中放电通路2一端接在电压调节器的输出电压端VOUT，一端接地，控制端是DELAY&CONTROL电路1的输出VG。

2.根据权利要求1的电压检测电路VD，监测电源电压VIN，当VIN上升到一定值时，输出高电平，否则输出低电平。

3.根据权利要求1的DELAY&CONTROL电路1，对上电检测电路输出信号VUP的上升沿具有延迟作用，并且输出适当相位的信号，去控制放电通路2中的开关K1。

4.根据权利要求3的DELAY&CONTROL电路，其延迟时间要大于电压调节器的输出电压达到稳定所需要的时间。

5.根据权利要求1的上电保护电路，其中的放电通路2包括串联连接的负载R1和开关器件K1。

6.根据权利要求5的负载R1，可以用电阻、工作在线性区的MOS管或其它形式来实现，只要能够起到限制电流的作用。

7.根据权利要求5的开关K1，可以用NMOS、PMOS、传输门等多种形式来实现，只要能够控制放电通路的导通和断开。

8.根据权利要求5的负载R1和开关K1的上下位置可以调换，即K1可以接在VOUT端，R1可以接在地的一端。

9.根据权利要求1～8的上电保护电路，被实施在集成电路中。

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