CN101520667B - 线性稳压器与稳压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种线性稳压器与稳压方法。稳压方法包含：提供一功率晶体管，根据其导通状况，而将一供应电压转换成一输出电压给一负载；根据与输出电压相关的反馈信号和参考电压的比较，控制该功率晶体管的导通状况；提取与负载状况有关的信号；以及根据该与负载状况有关的信号，控制该功率晶体管的导通能力。

Description

线性稳压器与稳压方法

技术领域

本发明涉及一种稳压装置，特别涉及一种可根据负载变化而进行调整的线性稳压器。 

背景技术

线性稳压器的代表例为低压降稳压器(LDO，Low Drop-Out)。第1图标出先前技术的LDO电路10，其包含有一个转导放大器(transconductor)gm，根据反馈信号FB与参考电压Vref间的比较结果，控制功率晶体管P0的导通状况，以将供应电压Vcc转换成输出电压Vout。 

此种稳压器的缺点是，当负载从重载突然转变至轻载或无载时，无法快速地作出反应而有稳定性不佳的现象，亦即其输出电压会瞬间过量供应，需要很长的时间才能平衡至所需的电压，此外，亦会耗费不必要的能量。 

有鉴于此，需要提供一种可根据负载的快速变化而进行调整的线性稳压器。 

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可根据负载变化而进行调整的线性稳压器。 

本发明的第二目的是提供一种稳压方法。 

为达到上述目的，本发明提供了一种线性稳压器，包含：功率晶体管，其第一端与供应电压电连接，第二端与输出电压电连接；可变增益转导放大器，接受与输出电压相关的反馈信号和参考电压，根据两者的比较结果控制该功率晶体管的第三端；以及可调整该可变增益转导放大器的增益的控制电路。 

此外，本发明也提供了一种线性稳压器，包含：功率晶体管，其第一端与供应电压电连接，第二端与输出电压电连接；可变增益转导放大器，接受与输出电压相关的反馈信号和参考电压，根据两者的比较结果控制该功率晶 体管的第三端；以及可调整该可变增益转导放大器的增益的控制电路。 

又，本发明另也提供了一种稳压方法，包含：提供一功率晶体管，根据其导通状况，而将一供应电压转换成一输出电压给一负载；根据与输出电压相关的反馈信号和参考电压的比较，控制该功率晶体管的导通状况；提取与负载状况有关的信号；以及根据该与负载状况有关的信号，控制该功率晶体管的导通能力。 

上述方法中，该控制功率晶体管的导通能力的步骤包括以下之一或两者：(1)控制该功率晶体管的尺寸；或(2)改变反馈信号和参考电压的比较结果和该功率晶体管导通状况之间的关系。 

底下藉由具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。 

附图说明

图1为先前技术的低压降稳压器的电路图。 

图2示出本发明其中一个实施例的示意电路图。 

图3举例说明提取电流信号的其中一种方式。 

图4举例说明模拟数字转换器的其中一种作法。 

图5举例说明可变功率晶体管的其中一种作法。。 

图6示出本发明另一个实施例的示意电路图。 

图7举例说明可变电流源的其中一种作法。。 

图8示出本发明另一个实施例的示意电路图。 

【主要附图标记说明】 

10          公知低压降稳压器      12         可变功率晶体管 

14          模拟数字转换器        16         转导放大器 

18          晶体管                22         功率晶体管 

26          可变增益转导放大器    28         可变电流源 

31          箝位电路              100        稳压器 

111～11N    开关                  121～12N   功率晶体管 

200         稳压器                300        稳压器 

CS          N位控制信号           FB         反馈信号 

gm          转导放大器            P0         功率晶体管 

Vcc               供应电压    Vout    输出电压 

Ref1～RefN，Vref  参考电压 

具体实施方式

首先请参考图2的示意电路图，本发明将以LDO电路为例作说明。如图所示，在本实施例的线性稳压器100中，其功率晶体管12为可变尺寸的功率晶体管，其尺寸根据控制信号CS而变化。在本实施例中控制信号CS为N位的数字控制信号，由模拟数字转换器14根据通过功率晶体管12的电流信号所产生的相对应电压而得。当负载为重载时，由于所需供应的电流量较大，因此控制信号CS使可变功率晶体管12的尺寸放大；当负载从重载变成轻载或无载时，由于所需供应的电流量减小，控制信号CS便缩小可变功率晶体管12的尺寸，以加速其反应时间，提高稳定性，使电路快速进入平衡状态而增加效能。 

提取电流信号的方式有多种，图3显示其中一例，可通过检测通过晶体管18的电流，并根据晶体管12和晶体管18的匹配比例，来推知通过可变功率晶体管12的电流。然而，就本发明而言，并不需要知道通过可变功率晶体管12的精确电流量，单凭负载变化的概略状况，即可判断负载的状况，亦即负载为重载或轻载。 

模拟数字转换器14亦有多种实施方式，图4显示其中一例，所提取的电流信号具有与其相对应的电压信号，将该些多个电压信号与多个不同位阶的参考电压Ref1～Ref N相比较，即可产生N位的数字控制信号，于此，对于其它实施态样为本领域普通技术人员所知悉，为简洁起见，故不再赘述。 

功率晶体管12尺寸的调变方式，亦有许多施行态样，例如请参阅图5，其为众多施行态样中的一实施例，其中，转导放大器16的输出同时控制功率晶体管121～12N的栅极，该多个功率晶体管的尺寸(亦即通道宽度)可为1∶1∶1∶1...或1∶2∶4∶8...等等。各功率晶体管是否发挥作用，则由模拟数字转换器14的输出(即N位数字控制信号CS)来控制，在本实施例中，当模拟数字转换器14的输出位全部为高电平时，则所有功率晶体管121～12N全部发挥作用；当模拟数字转换器14的输出位仅有部分为高电平时，则仅有与输出位相对应的部分功率晶体管121～12N发挥作用。如此，即可达到调变功率晶体管12尺寸的目的。 

图6显示本发明的另一个实施例(线性稳压器200)，在本实施例中，功率晶体管22为固定尺寸，但其转导放大器26的增益则可受控制信号CS的控制而变化。如图所示，可变增益转导放大器26包含一个可变电流源28，通过控制电流源28的电流量，即可改变反馈信号FB与功率晶体管22栅极电压之间的关系。当负载由重载变为轻载时，可通过降低转导放大器26的增益，迅速减低功率晶体管22的导通电流变化量，以使电路快速达到稳定状态。 

可变电流源28的实施方式亦有许多态样，例如可参阅图7，此为众多实施态样中的一实施例；其中，可得知其为一电流镜(current mirror)，由模拟数字转换器14的输出所控制，以决定整体所需的电流总量，亦即，当模拟数字转换器14的输出位仅有部分为高电平时，则仅有与输出位相对应的部分开关281～28N会导通而让电流通过，进而藉此可视需要来调整所需的整体电流总量大小。如此，即可达到调变电流量的目的。 

图8显示本发明的另一个实施例(线性稳压器300)，在本实施例中，功率晶体管12的尺寸和转导放大器26的增益皆为可变；两者可受同一个控制信号CS所控制，或分别受同一个数字控制信号CS的不同位所控制，或分别受不同控制信号所控制(最后一种情况未示出，此种情况中例如可使用两组模拟数字转换器，根据不同参考位阶进行模拟数字转换)。 

此外，在本实施例中另设有一个箝位电路(clamp circuit)31，以提供保护机制。箝位电路31的作用在于限制功率晶体管12的栅极-漏极压差不得超过一定范围，以避免对输出端供应过量电流，造成输出端电路损坏。 

以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述者，仅为使本领域普通技术人员易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明的权利范围；对于本领域普通技术人员，当可在本发明概念之内，立即思及各种等效变化。例如，图2所示提取电流信号的位置，仅为一例；亦可自其它地方，例如自输出端提取电流信号。又如，图中5以控制开关111～11N的方式来调变功率晶体管12的尺寸，也仅是作法之一；亦可不使用开关111～11N，而直接以模拟数字转换器14的输出位来拉高对应的功率晶体管121～12N的栅极电压。此外，经过模拟数字转换，以数字方式控制可变功率晶体管12的尺寸，也仅是其中一种较佳实施方式；若不以数字方式而以模拟或其它方式来进行控制，亦属本发明的概念。总之，凡依本发明的概念与精神所进行的均等变化、置换或修饰，均应包括于本发明的权利要求内。 

Claims (13)

1.一种线性稳压器，包含：

可变功率晶体管，其第一端与供应电压电连接，第二端与输出电压电连接；

转导放大器，该转导放大器的增益为可变，并且接受与输出电压相关的反馈信号和参考电压，根据两者的比较结果控制该功率晶体管的第三端；以及

根据线性稳压器的负载状况而调整该转导放大器的增益并可调整该可变功率晶体管的尺寸的控制电路。

2.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该控制电路根据线性稳压器的负载状况而调整该功率晶体管的尺寸。

3.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该控制电路检测通过该功率晶体管的电流或该线性稳压器的输出电流，并根据该电流而调整该功率晶体管的尺寸。

4.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该控制电路产生数字控制信号，以数字方式调整该功率晶体管的尺寸。

5.如权利要求4所述的线性稳压器，其中该控制电路中包括一个模拟数字转换嚣。

6.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该功率晶体管包括多个并联的晶体管。

7.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该转导放大器包括一个可变电流源，其电流量可受该控制电路的控制而变化。

8.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该控制电路检测通过该功率晶体管的电流或该线性稳压器的输出电流，并根据该电流而调整该转导放大器的增益。

9.如权利要求1所述的线性稳压器，其中该控制电路产生数字控制信号，以数字方式调整该转导放大器的增益。

10.一种稳压方法，包含以下步骤；

提供一功率晶体管，根据其导通状况，而将一供应电压转换成一输出电压给一负载；

提供一转导放大器，用以比较与该输出电压相关的一反馈信号和一参考电压，产生一比较结果，其中，该转导放大器的增益为可变；

根据该比较结果，控制该功率晶体管的导通状况；

提取与负载状况有关的一信号；以及

根据该信号，改变该转导放大器的增益并改变该功率晶体管的尺寸以控制该功率晶体管的导通状况。

11.如权利要求10所述的方法，其中该提取与负载状况有关的该信号的步骤更包括；

检测通过该功率晶体管或供应给该负载的一电流。

12.如权利要求11所述的方法，其中该提取与负载状况有关的该信号的步骤更包括：

将该电流转换为一数字信号，其中该数字信号即为该信号。

13.如权利要求10所述的方法，其中该转导放大器包括一个可变电流源，且该控制该功率晶体管的导通状况的步骤更包括：

根据该信号，改变该可变电流源的电流量。