CN104750152A - 一种电压调整器 - Google Patents

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秦义寿
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Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
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Abstract

本申请公开了一种电压调整器，包括电压调整电路和延迟电路；所述电压调整电路中包括用于开启整个电压调整电路的启动电路；所述延迟电路为一个或多个电阻和一个电容串联在工作电压和地之间；延迟电路中电阻和电容的连接点与启动电路相连接，且用于控制启动电路是否开始工作。本申请的电路结构简单、易于实现，且消除过冲的效果更好。

Description

一种电压调整器
技术领域
本申请涉及一种电压调整器(voltage regulator)。
背景技术
电压调整器是指电子工程中自动维持恒定电压的装置。现有的电压调整器在输入端电压快速变化时(例如电源上电启动时)会在输出端形成很大的过冲电压，这可能导致电子器件发生损坏。授权公告号为CN101640482B、授权公告日为2012年6月20日的中国发明专利(以下简称A专利)公开了一种电源调整器的上电过冲电压抑制装置，其说明书0003段详细介绍了上述过冲现象的产生原理。
为了抑制或消除上述过冲现象，现有的电压调整器往往设置新增部分电路，当输出端电压高于设定值时该新增电路通过瞬间大电流放电的方法来消除输出端的过冲电压。请参阅图1，这是一种现有的电压调整器，在传统的电压调整电路的基础上增加了比较器、由电阻R1和电阻R2所组成的分压电路、为比较器提供参考电压的BGR(bandgapreference，带隙基准电路)、输出晶体管。该电压调整器将电压调整电路的输出端电压经分压后与参考电压相比较，并在出现过冲现象时经由输出晶体管泄放瞬间大电流。然而新增的分压电路存在静态功耗，导致整个电压调整器的功耗上升。
申请公布号为CN103699168A、申请公布日为2014年4月2日的中国发明专利申请(以下简称B专利申请)公开了一种电压调整器的的电压过冲保护电路，可以在输出端出现过冲时瞬间关断流向负载电容的泄放电流通道，从而消除过冲现象。其中电阻R3与电容C2的串联支路也存在静态功耗，导致整个电压调整器的功耗上升。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种新型的电压调整器，采用延迟启动的方案来消除输出端的电压过冲现象。
为解决上述技术问题，本申请电压调整器包括电压调整电路和延迟电路，所述电压调整电路中包括用于开启整个电压调整电路的启动电路；所述延迟电路为一个或多个电阻和一个电容串联在工作电压和地之间；延迟电路中电阻和电容的连接点与启动电路相连接，且用于控制启动电路是否工作。
本申请的电路结构简单、易于实现，且消除过冲的效果更好。
附图说明
图1是一种现有的电压调整器的原理示意图；
图2是本申请的电压调整器的原理示意图；
图3是本申请的电压调整器的一个实施例(输入电压在1.6～5.5V，输出电压为1.5V)的示意图；
图4是现有的电压调整器(本申请的电压调整器去除延迟电路)当电源在1ms内快速上电启动时在不同PVT(工艺、电压、温度)组合情况下的输出电压示意图；
图5是本申请的电压调整器当电源在1ms内快速上电启动时在不同PVT(工艺、电压、温度)组合情况下的输出电压示意图。
具体实施方式
请参阅图2，本申请电压调整器包括电压调整电路和延迟电路。所述电压调整电路中包括启动电路、偏置电路、误差放大器、输出级电路。本申请的主要创新点在于延迟电路，该延迟电路是在工作电压VDD和地GND之间由一个或多个电阻和一个电容所形成的串联支路。该串联支路中电阻与电容的连接点(A点)与启动电路相连，且用于控制启动电路是否工作。
优选地，采用倒宽长比的MOSFET作为电阻，这样实现高值电阻既能使电路占用的面积很小，又能避免静态功耗。例如，以多个串联的PMOS管来实现多个串联的电阻。工作电压VDD连接PMOS管一MP1的源极，PMOS管一MP1的漏极连接PMOS管二MP2的源极，PMOS管二MP2的漏极连接PMOS管三MP3的源极，以此类推至少一个PMOS管相互串联。各个PMOS管的衬底均连接工作电压VDD。各个PMOS管的栅极均连接地GND。
优选地，采用MOS电容作为电容，这样实现高值电容能使电路占用的面积很小。例如，以NMOS管作为电容。最后一个PMOS管MPN的漏极连接NMOS管一MN1的栅极，NMOS管一MN1的源极、漏极、衬底均连接地GND。
本申请电压调整器的工作原理为：当电源上电启动后，由于电容的充电，延迟电路中电阻与电容的连接点(A点)的电压逐渐上升。当A点电压小于某一阈值时，启动电路尚未工作，因而电压调整电路不工作。当A点电压上升到某一阈值后，启动电路开始工作，电压调整电路开启工作。这相当于在电源上电启动后经过一段时间才使电压调整电路开始工作，由于避开了输入端电压的快速变化时间段(即电源上电启动时)，因此消除了输出端电压的过冲现象。
请参阅图3，这是本申请电压调整器的一个具体实施例。其中的延迟电路由多个用作为电阻的PMOS管和一个用作为电容的NMOS管串联在工作电压VDD和地GND之间。其中的启动电路包括两条支路，第一支路为串联的PMOS管和NMOS管，第二支路为至少一个PMOS管(也可是多个串联的PMOS管)，第一支路中PMOS管与NMOS管的连接点与第二支路中的第一个PMOS管相连接。
图3所示实施例的工作原理为：当电源上电启动后，由于电容的充电，延迟电路中电阻与电容的连接点(A点)的电压逐渐上升。当A点电压小于启动电路第一支路的MOS管阈值电压时，启动电路第一支路的MOS管尚未开启，因而启动电路第二支路的第一个PMOS管也未开启，启动电路不工作，电压调整电路也不工作。当A点电压上升到启动电路第一支路的MOS管阈值电压后，启动电路第一支路的MOS管开启，启动电路第二支路的第一个PMOS管也开启，启动电路开始工作，电压调整电路也开启工作。这相当于在电源上电启动后经过一段时间才使电压调整电路开始工作，由于避开了输入端电压的快速变化时间段(即电源上电启动时)，因此消除了输出端电压的过冲现象。
由图3所示的实施例可知，整个电压调整器全部以MOSFET实现，不包括电阻，因而不存在静态功耗。
请参阅图4，本申请的电压调整器去除延迟电路后(相当于一种现有的电压调整器)当电源在1ms内快速上电启动时，可以发现部分工艺、电压、温度组合情况下的输出电压出现了过冲现象。
请参阅图5，本申请的电压调整器由于新增了延迟电路，当电源在1ms内快速上电启动时在任意工艺、电压、温度组合情况下的输出电压都避免了过冲现象。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压调整器，其特征是，包括电压调整电路和延迟电路；所述电压调整电路中包括用于开启整个电压调整电路的启动电路；所述延迟电路为一个或多个电阻和一个电容串联在工作电压和地之间；延迟电路中电阻和电容的连接点与启动电路相连接，且用于控制启动电路是否工作。
2.根据权利要求1所述的电压调整器，其特征是，所述电阻均以倒宽长比的MOSFET实现。
3.根据权利要求2所述的电压调整器，其特征是，当采用多个电阻时，工作电压连接PMOS管一的源极，PMOS管一的漏极连接PMOS管二的源极，PMOS管二的漏极连接PMOS管三的源极，以此类推各个PMOS管相互串联；各个PMOS管的衬底均连接工作电压；各个PMOS管的栅极均连接地。
4.根据权利要求1所述的电压调整器，其特征是，所述电容以MOS电容实现。
5.根据权利要求4所述的电压调整器，其特征是，最后一个PMOS管的漏极连接NMOS管一的栅极，NMOS管一的源极、漏极、衬底均连接地。
6.根据权利要求1所述的电压调整器，其特征是，当电源上电启动后，由于电容的充电，延迟电路中电阻与电容的连接点的电压逐渐上升；
当该点电压小于某一阈值时，启动电路尚未工作，因而电压调整电路不工作；
当该点电压上升到某一阈值后，启动电路开始工作，电压调整电路开启工作；
由于避开了输入端电压的快速变化时间段，因此消除了输出端电压的过冲现象。
7.根据权利要求1所述的电压调整器，其特征是，所述启动电路包括两条支路，第一支路为串联的PMOS管和NMOS管，第二支路为一个PMOS管或多个串联的PMOS管，第一支路中PMOS管与NMOS管的连接点与第二支路中的第一个PMOS管相连接。
8.根据权利要求7所述的电压调整器，其特征是，当电源上电启动后，由于电容的充电，延迟电路中电阻与电容的连接点的电压逐渐上升；
当该点电压小于启动电路第一支路的MOS管阈值电压时，启动电路第一支路的MOS管尚未开启，因而启动电路第二支路的第一个PMOS管也未开启，启动电路不工作，电压调整电路也不工作；
当该点电压上升到启动电路第一支路的MOS管阈值电压后，启动电路第一支路的MOS管开启，启动电路第二支路的第一个PMOS管也开启，启动电路开始工作，电压调整电路也开启工作；
由于避开了输入端电压的快速变化时间段，因此消除了输出端电压的过冲现象。
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