CN104834340A - 用于电压调节器的动态电流下拉 - Google Patents

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CN104834340A CN201510069653.XA CN201510069653A CN104834340A CN 104834340 A CN104834340 A CN 104834340A CN 201510069653 A CN201510069653 A CN 201510069653A CN 104834340 A CN104834340 A CN 104834340A
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Abstract

本申请案涉及用于电压调节器的动态电流下拉。一种电路(100)包含比较器(150)，所述比较器(150）相对于预定阈值监视电压调节器(120)的输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号。动态电流下拉块(160)依据所述比较器(150)的所述补偿信号被触发且与所述电压调节器(120)的输出级一起操作以通过以下方式减轻所述电压调节器(120)的所述输出处的所述瞬态：在所述瞬态期间同时激活多个电流下拉开关(160、170)，且在所述动态电流下拉块(160)的针对所述多个电流下拉开关(160、170)中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关(160、170)。

Description

用于电压调节器的动态电流下拉
技术领域
本发明涉及一种电压调节器电路，且更特定来说涉及一种采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路。
背景技术
在电子器件中，线性调节器为用于维持稳定电压的装置。调节器的电阻根据负载而变化，从而产生恒定输出电压。使调节装置像可变电阻器一样起作用，从而连续地调整分压器网络以维持恒定输出电压，且不断地将输入电压与经调节电压之间的差异作为热耗散掉。线性调节器可将调节装置放置于源与经调节负载之间(串联调节器)，或可将调节装置与负载并联放置(分路调节器)。简单线性调节器可仅含有齐纳二极管及串联电阻器，然而更复杂的调节器包含电压参考、误差放大器及电力传递元件的单独级。由于线性电压调节器为许多装置的共用元件，因此集成电路调节器是极常见的。
传递晶体管(或其它装置)用作分压器的二分之一以建立用于线性调节器的经调节输出电压。将所述输出电压与参考电压进行比较以产生到晶体管的将驱动其栅极或基极的控制信号。借助负反馈及适合补偿选择，合理地使输出电压保持恒定。线性调节器通常为低效的，这是因为像电阻器一样起作用的传递晶体管通过将电能转换为热而浪费电能。切换模式电力供应器通常可更高效地执行相同调节功能，然而针对轻负载或所要输出电压接近源电压的情况，线性调节器可为优选的。在这些情形中，与切换调节器相比线性调节器可耗散较少电力。线性调节器还具有不需要可为相对昂贵或庞大的磁装置(电感器或变压器)的优点。
关于线性调节器电路的一个问题为其如何对线及/或负载瞬态做出响应。一种常见技术为借助比较器监视调节器的输出电压。如果比较器在输出处感测到瞬态，那么接通调节器的输出上的有源装置以从输出吸收电流且减小瞬态的量值。此类输出吸收技术需要用于有源装置的大裸片面积以确保装置可处置在瞬态条件期间所需要的电力。此类装置增加集成电路调节器的大小及成本，此为调节器的不合意设计目标。
发明内容
本发明涉及一种采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路。在一个方面中，电路包含相对于预定阈值监视电压调节器的输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号的比较器。动态电流下拉块依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述电压调节器的输出级一起操作以通过以下方式减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态：在所述瞬态期间同时激活多个电流下拉开关，且在所述动态电流下拉块的针对所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。
在另一方面中，电路包含误差放大器以相对于电压调节器的输入参考电压产生误差输出电压。输出级接收所述误差放大器的所述误差输出电压且产生用于所述电压调节器的控制信号。传递装置响应于从所述输出级接收的所述控制信号而将经调节输出电压供应到所述电压调节器的输出。比较器相对于预定阈值监视所述电压调节器的所述输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号。动态电流下拉块依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述输出级一起操作以通过以下方式减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态：在所述瞬态期间同时激活多个电流下拉开关且在所述动态下拉块的针对所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。
在另一方面中，集成电路包含误差放大器以相对于电压调节器的输入参考电压产生误差输出电压。输出级接收所述误差放大器的所述误差输出电压且产生用于所述电压调节器的控制信号。切换装置响应于从所述输出级接收的所述控制信号而将经调节输出电压供应到所述电压调节器的输出。比较器相对于预定阈值监视所述电压调节器的所述输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号。第一动态电流下拉块依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述输出级一起操作以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。第二动态电流下拉块依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述误差放大器一起操作以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。所述第一动态电流下拉块及第二动态电流下拉块中的每一者在所述瞬态期间激活多个电流下拉开关且在所述动态下拉块的针对所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。
附图说明
图1图解说明采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路的示意性框图的实例。
图2图解说明采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路的实例。
图3图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块的循序切换配置的示意性框图的实例。
图4图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块的循序切换配置的电路的实例。
图5图解说明图3及4中所描绘的循序切换配置的实例性楼梯式电流波形。
图6图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块的循序切换配置的延迟电路的实例。
图7图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块的循序切换配置的替代延迟电路的实例。
具体实施方式
本发明涉及一种采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路。相对于预定阈值监视调节器输出电压的比较器监视电压调节器电路的输出处的负载及/或线瞬态。如果调节器输出电压在瞬态电压条件期间超过阈值，那么比较器产生触发位于调节器输出上游的一或多个动态下拉块以动态地减轻瞬态的效应的补偿信号。动态下拉块操作以从在调节器内及调节器输出上游的一或多个控制元件吸收电流，此具有减小输出处的瞬态电压的量值的效应。不是经由如常规电路所采用的面积消耗及电力吸收装置吸收调节器的输出处的电流，而是动态电流下拉块吸收在供应调节器的输出的传递装置之前的一或多个位置处的电流。以此方式，可通过消除对调节器输出处的电力吸收装置的需要而以减小调节器的集成电路区域的低电力且受控制方式减少瞬态。
动态电流下拉块可包含当比较器在调节器输出处已检测到瞬态条件时同时经激活以吸收调节器内的电流的多个开关。可经由随时间逐渐减少被动态电流下拉块吸收的总体电流的量的每一开关的预定延迟设置以一循序方式去激活下拉块中的每一开关。因此，动态电流下拉块产生不断减少的吸收电流量的楼梯式电流波形。通过循序地去激活动态电流下拉块中的每一电流下拉开关，可以受控制且低电力方式减少输出瞬态。
图1图解说明采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路100的示意性框图的实例。如本文中所使用，术语电路可包含执行电路功能(例如电压调节器)的有源及/或无源元件的集合。举例来说，术语电路还可包含其中所有电路元件制作于共用衬底上的集成电路。电路100包含误差放大器110以相对于电压调节器电路的输入参考电压(VREF 1)产生误差输出电压(EOUT)。输出级120接收误差放大器110的误差输出电压EOUT且产生用于电压调节器电路100的控制信号(CONT)。输出级120可包含经配置以产生控制信号CONT的放大器、栅极、晶体管(FET或结)及/或电流源。传递装置130(例如，对控制信号做出响应的FET或结晶体管)响应于从输出级120接收的控制信号CONT而将经调节输出电压(VOUT)供应到电压调节器的输出。
如所展示，可从输入电压源(VS)给误差放大器110、输出级120及传递装置130供电。在一些实例中，电压源VS可为相同电压电势，且在其它实例中，每一源VS可为不同电压电势。分压器140(例如，电阻分压器)对VOUT进行取样且将经取样输出电压反馈到误差放大器120的输入以产生EOUT且相对于参考电压VREF 1调节输出电压VOUT。比较器150相对于预定阈值(VREF 2)监视电压调节器电路100的输出处的瞬态(例如，线及/或负载电压瞬态)且在瞬态超过预定阈值的情况下产生补偿信号(COMP)。
在用于减轻瞬态的一个实例中，第一动态电流下拉块160可依据比较器150的补偿信号COMP被触发且与输出级120一起操作以减轻电压调节器的输出处的瞬态。在此实例中，动态下拉块160产生从输出级120吸收电流且减轻影响经调节输出电压VOUT的瞬态的效应的一系列循序地经定时开关。
在替代实例中，第二动态电流下拉块170可依据比较器的补偿信号被触发且与误差放大器110一起操作以减轻电压调节器电路100的输出处的瞬态。在此实例中，第一动态电流下拉块160及第二动态电流下拉块170中的每一者在瞬态期间分别激活多个电流下拉开关且在每一块中的所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。在用于减轻瞬态的另一实例中，可仅采用第一动态电流下拉块160来减轻电压调节器电路100的输出处的瞬态。在另一实例中，第一动态电流下拉块160及第二动态电流下拉块170两者各自经采用以通过分别吸收误差放大器110的输出及输出级120的输出处的电流来同时减轻输出瞬态。在用于减轻瞬态的又一实例中，由比较器COMP信号激活且在瞬态的持续时间期间吸收电流的开关(未展示)可替换第二动态电流下拉块170。
如下文关于图3、4及5将图解说明及描述，动态电流下拉块160及170可包含当比较器150在调节器输出处已检测到瞬态条件时同时经激活以吸收调节器内(例如，误差放大器110及/或输出级120的输出处)的电流的多个开关。可经由随时间逐渐减少被动态电流下拉块吸收的总体电流的量的每一开关的预定延迟设置以一循序方式去激活下拉块160或170中的每一开关。动态电流下拉块160及170产生不断减少的吸收电流量的楼梯式电流波形。通过循序地去激活动态电流下拉块160及/或170中的每一电流下拉开关，可以受控制且低电力方式减少输出瞬态。
图2图解说明采用动态电流下拉块来减轻电压调节器的输出处的瞬态的电压调节器电路200的实例。电路200包含误差放大器210以相对于电压调节器电路的输入参考电压(VREF 1)产生误差输出电压(EOUT)。输出级220接收误差放大器210的误差输出电压EOUT且产生用于电压调节器电路200的控制信号(CONT)。在此实例中，电流源I1及I2可耦合到输出级220。传递装置230(例如，FET或结晶体管)响应于从输出级220接收的控制信号CONT而将经调节输出电压(VOUT)供应到电压调节器的输出。
可从分别展示为VSUP 1、VSUP2及VSUP3的输入电压源给误差放大器210、输出级220及传递装置230供电。在一些实例中，所述电压源可为相同电压电势，且在其它实例中，每一源电压源可为不同电压电势。可为R1及R2的电阻分压器的分压器240对VOUT进行取样且将经取样输出电压反馈到误差放大器220的输入以产生EOUT且相对于参考电压VREF 1调节输出电压VOUT。比较器250相对于预定阈值(VREF 2)监视电压调节器电路200的输出处的瞬态(例如，线及/或负载电压瞬态)且在瞬态超过预定阈值的情况下产生补偿信号(COMP)。
在用于减轻瞬态的一个实例中，第一动态电流下拉块260可依据比较器250的补偿信号COMP被触发且与输出级220一起操作以减轻电压调节器的输出处的瞬态。在此实例中，动态电流下拉块260产生从输出级220吸收电流且减轻影响经调节输出电压VOUT的瞬态的效应的一系列循序地经定时开关。
在替代实例中，第二动态电流下拉块270可依据比较器的补偿信号被触发且与误差放大器210一起操作以减轻电压调节器电路200的输出处的瞬态。在此实例中，第一动态电流下拉块260及第二动态电流下拉块270中的每一者在瞬态期间分别激活多个电流下拉开关且在每一块中的所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。在用于减轻瞬态的另一实例中，可仅采用第一动态电流下拉块260来减轻电压调节器电路200的输出处的瞬态。在另一实例中，第一动态下拉块260及第二动态下拉块270两者各自经采用以通过分别吸收误差放大器210的输出及输出级220的输出处的电流来同时减轻输出瞬态。在用于减轻瞬态的又一实例中，由比较器COMP信号激活且在瞬态的持续时间期间吸收电流的开关可替换第二动态下拉块270。如所展示，负载电容Cload可耦合到平稳VOUT。
如下文关于图3、4及5将图解说明及描述，动态电流下拉块260及270可包含当比较器250在调节器输出处已检测到瞬态条件时同时经激活以吸收调节器内(例如，误差放大器210及/或输出级220的输出处)的电流的多个开关。可经由随时间逐渐减少被动态电流下拉块吸收的总体电流的量的每一开关的预定延迟设置以一循序方式去激活下拉块260或270中的每一开关。动态电流下拉块260及270产生不断减少的吸收电流量的楼梯式电流波形。通过循序地去激活动态电流下拉块260及/或270中的每一电流下拉开关，可以受控制且低电力方式减少输出瞬态。
图3图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块300的循序切换配置的示意性框图的实例。块300包含展示为SW1、SW2及SWN(其中N为正整数)的N个切换元件。块的每一切换元件配置有延迟元件。举例来说，SW1块配置有1×D的延迟，SW2配置有2×D的延迟，而开关SWN配置有N×D的延迟。
当电压调节器中遭遇瞬态时，接通块300中的每一开关以产生整个块的最大吸收电流且抵消瞬态的峰值。随着时间的过去，与每一开关相关联的相应延迟元件循序地去激活每一开关。举例来说，具有最短延迟的SW1首先关断且接着SW2关断，依次类推。开关的循序去激活随时间逐渐且动态地减少块300的下拉吸收电流直到已去激活块中的所有开关。
图4图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块400的循序切换配置的电路的实例。在此实例中，当每一开关为有源时，每一开关吸收标示为IPD的电流值，其中在瞬态的瞬间针对块吸收的总电流为N×IPD，这是因为当检测到瞬态时激活块中的所有开关。由于经由上文所描述的延迟元件去激活每一开关，因此在去激活每一开关时块的总吸收电流减少IPD。此具有产生表示块400的不断减少的吸收电流量的随时间而变的楼梯式电流波形的效应。
图5图解说明图3及4中所描绘的循序切换配置的实例性楼梯式电流波形500。如所展示，在垂直轴上吸收的峰值电流为N×IPD。随着时间沿着垂直轴流逝，展示为1×D增量，总吸收电流在每一步阶处减少IPD。
图6图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块600的循序切换配置的延迟电路的实例。块600包含展示为SW1到SWN的N个切换电路，其中N为正整数。每一电路的时间延迟由电容器控制。在610处，时间延迟由表示为C1的电容值设置。在620处，时间延迟由表示为2×C1的电容值设置。在630处，时间延迟由表示为N×C1的电容值设置。
图7图解说明经采用以减轻电压调节器的输出处的瞬态的动态电流下拉块700的循序切换配置的替代延迟电路的实例。在此实例中，710处的电容器及720处的电阻器可设置第一开关SW1的时间延迟。在块700的随后级中，可改变电阻器及电容时间常数以在后续级中提供较长延迟。在一些实例中，可改变后续级的电容器值。在另一实例中，可改变后续级中的电阻器值。在又一实例中，可改变后续级中的电阻器值及电容器值两者以在后续级中提供不断增加的延迟时间。
上文已描述实例。当然，不可能描述组件或方法的每个可想象组合，但所属领域的一般技术人员将认识到，许多进一步组合及排列是可能的。因此，本发明希望囊括归属于包含所附权利要求书的本申请案的范围内的所有此些变更、修改及变化。如本文中所使用，术语“包含(includes)”意味包含但不限于，术语“包含(including)”意味包含但不限于。术语“基于”意味至少部分地基于。另外，在本发明或权利要求书叙述“一(a、an)”、“第一”或“另一”元件或其等效形式的情况下，应将其解释为包含一个或一个以上此类元件，既不需要也不排除两个或两个以上此类元件。

Claims (20)

1.一种电路，其包括：
比较器，其用以相对于预定阈值监视电压调节器的输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号；及
动态电流下拉块，其依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述电压调节器的输出级一起操作以通过以下方式减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态：在所述瞬态期间同时激活多个电流下拉开关，且在所述动态电流下拉块的针对所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。
2.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括误差放大器以相对于所述电压调节器的输入参考电压产生误差输出电压。
3.根据权利要求2所述的电路，其进一步包括输出级以接收所述误差放大器的所述误差输出电压且产生用于所述电压调节器的控制信号。
4.根据权利要求3所述的电路，其进一步包括传递装置以响应于从所述输出级接收的所述控制信号而将经调节输出电压供应到所述电压调节器的输出。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述动态电流下拉块在依据所述比较器的所述补偿信号被触发时从所述输出级吸收电流以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。
6.根据权利要求4所述的电路，其进一步包括第二动态电流下拉块以在依据所述比较器的所述补偿信号被触发时从所述误差放大器吸收电流以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。
7.根据权利要求4所述的电路，其进一步包括开关以在依据所述比较器的所述补偿信号被触发时从所述误差放大器吸收电流以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述动态电流下拉块包含N个开关，其中每一开关经配置以吸收电流IPD，其中每一开关具有延迟D，其中N为正整数，IPD为电流量，且D为时间量。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述动态电流下拉块在检测到所述瞬态时吸收N×IPD的最大电流，且在由1×D定义的时间内循序地去激活每一开关以逐渐减少所述动态电流下拉块的总体吸收电流。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述时间D由电容器及电流源或由电阻器及电容器时间常数设置。
11.一种电路，其包括：
误差放大器，其用以相对于电压调节器的输入参考电压产生误差输出电压；
输出级，其用以接收所述误差放大器的所述误差输出电压且产生用于所述电压调节器的控制信号；
传递装置，其用以响应于从所述输出级接收的所述控制信号而将经调节输出电压供应到所述电压调节器的输出；
比较器，其用以相对于预定阈值监视所述电压调节器的所述输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号；及
动态电流下拉块，其依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述输出级一起操作以通过以下方式减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态：在所述瞬态期间同时激活多个电流下拉开关，且在所述动态电流下拉块的针对所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。
12.根据权利要求11所述的电路，其进一步包括第二动态电流下拉块以在依据所述比较器的所述补偿信号被触发时从所述误差放大器吸收电流以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。
13.根据权利要求11所述的电路，其进一步包括开关以在依据所述比较器的所述补偿信号被触发时从所述误差放大器吸收电流以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态。
14.根据权利要求11所述的电路，其中所述动态电流下拉块包含N个开关，其中每一开关经配置以吸收电流IPD，其中每一开关具有延迟D，其中N为正整数，IPD为电流量，且D为时间量。
15.根据权利要求14所述的电路，其中所述动态电流下拉块在检测到所述瞬态时吸收N×IPD的最大电流，且在由1×D定义的时间内循序地去激活每一开关以逐渐减少所述动态电流下拉块的总体吸收电流。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述时间D由电容器及电流源或由电阻器及电容器时间常数设置。
17.一种集成电路，其包括：
误差放大器，其用以相对于电压调节器的输入参考电压产生误差输出电压；
输出级，其用以接收所述误差放大器的所述误差输出电压且产生用于所述电压调节器的控制信号；
传递装置，其用以响应于从所述输出级接收的所述控制信号而将经调节输出电压供应到所述电压调节器的输出；
比较器，其用以相对于预定阈值监视所述电压调节器的所述输出处的瞬态且在所述瞬态超过所述预定阈值的情况下产生补偿信号；
第一动态电流下拉块，其依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述输出级一起操作以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态；及
第二动态电流下拉块，其依据所述比较器的所述补偿信号被触发且与所述误差放大器一起操作以减轻所述电压调节器的所述输出处的所述瞬态，其中所述第一动态电流下拉块及第二动态电流下拉块中的每一者在所述瞬态期间激活多个电流下拉开关且在所述每一者的针对所述多个电流下拉开关中的每一电流下拉开关的预定去激活延迟之后循序地去激活每一电流下拉开关。
18.根据权利要求17所述的电路，其中所述第一动态电流下拉块及第二动态电流下拉块中的每一者包含N个开关，其中每一开关经配置以吸收电流IPD，其中每一开关具有延迟D，其中N为正整数，IPD为电流量，且D为时间量。
19.根据权利要求18所述的电路，其中所述第一动态电流下拉块及第二动态电流下拉块中的每一者在检测到所述瞬态时吸收N×IPD的最大电流，且在由1×D定义的时间内循序地去激活每一开关以逐渐减少所述动态电流下拉块的总体吸收电流。
20.根据权利要求19所述的电路，其中所述时间D由电容器及电流源或由电阻器及电容器时间常数设置。
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