CN106575865A - 电压调节器的短路保护 - Google Patents

Abstract

在用于提供电压调节器中的短路保护的电路及方法的所描述实例中，电压调节器(200)包含传输开关(205)、电压误差放大器(210)、驱动器电路(220)及短路保护电路(225)。所述传输元件(205)耦合到电力供应器(234)及负载，且响应于驱动信号而产生输出电压。所述电压误差放大器(210)基于参考电压与所述输出电压的差而产生误差电压，且所述驱动器电路(220)响应于所述误差电压而产生所述驱动信号。所述短路保护电路(225)感测所述驱动信号且在短路事件中为所述驱动器电路(220)提供高电阻路径。在短路事件中，所述高电阻路径对所述驱动器电路(220)中的电流进行箝位、对第一端子与第三端子之间的电压差进行箝位且限制所述短路事件中的负载电流(232)。

Description

电压调节器的短路保护

技术领域

本发明一般来说涉及电压调节器的短路保护领域。

背景技术

在便携式电池供电装置的电力管理应用中广泛地使用电压调节器来给负载提供稳定或恒定输出电压，而不管输入电压及输出电流如何。便携式电池供电装置的一些实例包含移动电话、膝上型计算机及平板计算机。电压调节器的实例是低压降(LDO)电压调节器。典型LDO电压调节器是以最小输入-输出差分电压操作的直流(DC)线性电压调节器。在LDO电压调节器通电期间或在故障状况中，LDO电压调节器进入短路事件或短路模式，在此事件或模式中，会产生可损坏LDO电压调节器中的传输晶体管的由短路事件所致的电流。为保护传输晶体管及电池免受此损坏，对传输晶体管的源极-栅极电压进行箝位。LDO电压调节器中使用短路保护电路来对传输晶体管的源极-栅极电压进行箝位且对由短路事件所致的电流进行箝位或限制。为对传输晶体管的源极-栅极电压进行箝位，短路保护电路在传输晶体管的栅极处使用并联上拉路径来使由短路事件所致的电流绕道。然而，由于在短路事件期间由短路事件所致的电流并未受到有效限制且LDO电压调节器的静止电流保持为高，因此LDO电压调节器中的电流消耗仍较高。

发明内容

在用于提供电压调节器中的短路保护的电路及方法的所描述实例中，所述电压调节器包含传输开关、电压误差放大器、驱动器电路及短路保护电路。所述传输开关在所述传输开关的接通状态期间电耦合电力供应器与负载且在所述传输开关的关断状态期间将所述电力供应器与所述负载电解耦。所述传输开关包含第一端子、第二端子及第三端子，其中所述第一端子耦合到所述电力供应器，且所述第二端子耦合到所述负载。所述传输开关经配置以响应于在所述第三端子处接收到的驱动信号而在所述第二端子处产生输出电压。所述电压误差放大器包含第一输入端子、第二输入端子及输出端子。所述电压误差放大器经配置以在所述第一输入端子处接收参考电压且在所述第二输入端子处接收所述输出电压，且进一步经配置以基于所述参考电压与所述输出电压之间的差而在所述电压误差放大器的所述输出端子处产生误差电压。所述驱动器电路在所述输出端子处耦合到所述电压误差放大器且在所述第三端子处耦合到所述传输开关。所述驱动器电路经配置以响应于所述误差电压而产生所述驱动信号。所述短路保护电路在所述第三端子处耦合到所述传输开关，且经配置以感测在所述第三端子处接收到的驱动信号。所述短路保护电路经配置以在所述电压调节器的短路事件期间基于所述驱动信号而给所述驱动器电路提供高电阻路径。提供给所述驱动器电路的所述高电阻路径使得能够对所述驱动器电路中的电流进行箝位，借此对所述第一端子与所述第三端子之间的电压差进行箝位且借此限制所述短路事件中的负载电流。所述短路保护电路经配置以在非短路事件期间给所述驱动器电路提供低电阻路径。

在提供电压调节器中的短路保护的方法的另一实例中，所述方法包含由传输开关基于用以驱动负载的驱动信号而产生输出电压。所述传输开关包含第一端子、第二端子及第三端子，其中所述第一端子耦合到电力供应器，且所述第二端子耦合到所述负载。所述输出电压是响应于在所述第三端子处接收到的驱动信号通过以下方式而在所述第二端子处产生：在所述传输开关的接通状态下电耦合所述电力供应器与所述负载且在所述传输开关的关断状态下将所述电力供应器与所述负载电解耦。所述方法包含由驱动器电路基于所述输出电压与参考电压之间的差而提供所述驱动信号。所述方法进一步包含控制所述电压调节器的短路事件中的负载电流。所述方法通过以下方式而控制所述电压调节器的短路事件中的所述负载电流：感测在所述第三端子处所接收到的所述驱动信号，且在所述电压调节器的所述短路事件期间基于对所述驱动信号的所述感测而给所述驱动器电路提供高电阻路径。在实例性实施例中，提供给所述驱动器电路的所述高电阻路径使得能够对所述驱动器电路中的电流进行箝位，借此对所述第一端子与所述第三端子之间的电压差进行箝位且借此限制所述短路事件中的所述负载电流。

附图说明

图1是实例性电压调节器的电路图。

图2是表示实例性实施例的第一实例性电压调节器的电路的框图。

图3是实例性实施例的第二实例性电压调节器的电路图。

图4是根据实例性实施例的提供电压调节器中的短路保护的实例性方法的流程图。

具体实施方式

在电子装置中(主要在电池供电式装置及手持式装置中)使用电力管理技术来有效地管理这些装置中的电池寿命。大部分电子装置(例如移动电话及膝上型计算机)使用电压调节器来调节提供给此些电子装置中的负载的输出电压。在实例中，术语“电压调节器”是指独立于其输入电压及输出电流而产生稳定且固定输出电压的电子装置。电压调节器的实例是低压降(LDO)电压调节器，所述LDO电压调节器是使用极低压降电压来操作的线性调节器。术语“压降电压”是指输入电压与输出电压之间的产生经调节输出电压的最低电压降。在LDO电压调节器通电期间或在故障状况(例如，在测试期间发生的焊接短路)期间，LDO电压调节器进入短路事件，在所述短路事件期间，产生可损坏LDO电压调节器中的传输开关的高负载电流。为保护传输晶体管及负载免受此损坏，必须对传输晶体管的源极-栅极电压进行箝位。在LDO电压调节器中使用短路保护电路来通过对由短路事件所致的电流进行箝位而对传输晶体管的源极-栅极电压进行箝位且借此维持负载处的恒定输出电压，同时维持LDO电压调节器中的低电流消耗。参考图1阐释一实例性LDO电压调节器(其并非是根据实例性实施例的)。参考图2及图3阐释一些实例性LDO电压调节器(其是根据实例性实施例的)。出于此说明目的，除非另有指定，否则短路事件是指包含但不限制于在测试期间发生的焊接短路、LDO电压调节器的通电事件或由意外、通电或故障状况所致的任何其它短路事件的事件。

图1是实例性电压调节器的电路图。在此实例中，展示经设计而以源极电压与输出电压之间的最小电压差(也称为饱和电压)操作的电压调节器100，例如，低压降(LDO)电压调节器。电压调节器100包含传输开关105、电压误差放大器110、参考电源115、驱动器电路120及电容器125。电压调节器100提供负载电流130。电压调节器100进一步包含共同地形成短路保护电路的感测电路135、放大器电路140及控制电路145。传输开关105将电力供应器150(例如电池或适配器)电耦合到负载且将电力供应器150(例如电池或适配器)与负载电解耦。传输开关105包含源极端子152、漏极端子154及栅极端子156。驱动器电路120包含驱动器晶体管158及耦合在电力供应器150与驱动器晶体管158之间的电阻器160。电阻器160还耦合到传输开关105的栅极端子156，且此连接由连接到电阻器160及栅极端子156的节点162表示。感测电路135包含感测晶体管164。放大器电路140包含第一电阻器166、第一晶体管168、第一偏置电流源170、第二电阻器172、第二晶体管174及第二偏置电流源176。控制电路145包含控制晶体管178。在此实例中，传输开关105、感测晶体管164、第一晶体管168、第二晶体管174及控制晶体管178是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。此外，在此实例中，驱动器晶体管158是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。

源极端子152耦合到电力供应器150，漏极端子154耦合到输出端子180，且栅极端子156耦合到驱动器晶体管158及电阻器160(参见节点162)。电容器125耦合在漏极端子154(参见输出端子180)与接地端子182及负载电流130之间。电阻器160耦合在电力供应器150与驱动器晶体管158的漏极端子之间(参见节点162)。驱动器晶体管158的源极端子耦合到接地端子182，且驱动器晶体管158的栅极端子耦合到电压误差放大器110的输出端子184。感测晶体管164的栅极端子耦合到栅极端子156(参见节点162)，且感测晶体管164的漏极端子耦合到传输开关105的漏极端子154。第一电阻器166耦合到电力供应器150且耦合到第一晶体管168的源极端子(参见节点186)。第一偏置电流源170耦合在第一晶体管168的漏极端子与接地端子182之间。第一晶体管168的漏极端子耦合到第一晶体管168的栅极端子。在实例中，第一晶体管168是二极管连接的晶体管。

第二电阻器172耦合到电力供应器150且耦合到第二晶体管174的源极端子(参见节点188)。第二偏置电流源176耦合在第二晶体管174的漏极端子与接地端子182之间。第二偏置电流源176与第二晶体管174的漏极端子的耦合展示为在放大器电路140的输出节点190处。第二晶体管174的源极端子进一步耦合到感测晶体管164的源极端子(参见节点188处的连接)，且第二晶体管174的栅极端子耦合到第一晶体管168的栅极端子。控制晶体管178的源极端子耦合到电力供应器150，且控制晶体管178的漏极端子耦合到传输开关105的栅极端子156(参见节点162处的连接)。控制晶体管178的栅极端子耦合到放大器电路140的第二晶体管174的漏极端子(参见输出节点190处的连接)。

在实例中，电力供应器电压(Vdd)是由电力供应器150产生的未调节输入电压。传输开关105是电压调节器100中的串联传输开关，所述串联传输开关用于将Vdd传递到输出端子180以作为输出端子180处的输出电压(称为“Vout”的经调节输出电压)来给负载供应电力。为使Vout维持处于恒定电平，将Vout经由反馈路径馈送到电压误差放大器110的反相输入194。参考电源115产生提供到电压误差放大器110的非反相输入192的参考电压(例如，称为Vref的稳定参考电压)。电压误差放大器110将Vref与Vout进行比较以产生误差电压。所述“误差电压”是指基于将Vref与Vout进行比较而产生的经放大差分电压。驱动器晶体管158响应于误差电压而将传输开关105的栅极端子156驱动到适当操作点，此继而又调整输出端子180处的Vout以产生恒定Vout。然而，在电压调节器100通电期间或者在意外或故障状况(例如在测试期间发生的焊接短路)期间，电压调节器100具有进入短路事件的趋势。

在短路事件期间，输出端子180经由低电阻(电容器125被放电)直接短路到接地端子182，借此将Vout减小到接地电势(例如，0伏特(V))，且负载电流130显著增大。在短路事件期间，由于Vref变得高于Vout，因此误差电压也显著增大。驱动器电路120对经增大误差电压作出响应，且驱动器晶体管158需要来自传输开关105的高下拉电流。传输开关105的栅极电压被相应地减小，且传输开关105的源极-栅极电压被增大以使输出电压维持处于恒定电平。如果电压调节器100不具有短路保护电路，那么电压调节器100中停止电压调节。短路事件致使损坏电压调节器100的传输开关105及包含电压调节器100的电子装置的电池。

为给电压调节器100提供短路保护，电路100包含短路保护电路。短路保护电路包含感测电路135、放大器电路140及控制电路145。放大器电路140中的第一偏置电流源170及第二偏置电流源176经配置以产生恒定偏置电流。第二电阻器172的电阻(R2)小于第一电阻器166的电阻(R1)，且节点188处的电压高于节点186处的电压。

在非短路事件(也称为“正常操作”)期间，如果感测晶体管164感测到传输开关105的栅极电压(栅极端子156的电压)增大且传输开关105的源极-栅极电压减小，那么感测晶体管164使得节点188处的电压能够高于放大器电路140的节点186处的电压。在非短路事件期间，放大器电路140的输出节点190被上拉到Vdd(例如，以等于Vdd的偏置电压(Vbias)偏置)。由于高偏置电压Vbias，因此控制晶体管178在非短路事件期间维持处于关断状态。

在短路事件期间，Vout开始减小且负载电流130开始增大。Vout的此减小致使误差电压的增大，且栅极端子156处的栅极电压开始减小。放大器电路140中的第一偏置电流源170及第二偏置电流源176经配置以产生恒定偏置电流，且第二电阻器172的电阻R2小于第一电阻器166的电阻R1。当感测晶体管164感测到传输开关105的栅极电压被减小到低于阈值低电压(或传输开关105的源极-栅极电压大于阈值高电压)时，感测晶体管164使得节点188处的电压能够减小(例如，小于Vdd)且变得基本上等于放大器电路140的节点186处的电压。放大器电路140以偏置电压(Vbias)偏置放大器电路140的输出节点190。使用偏置电压Vbias(低偏置电压)来偏置控制晶体管178的栅极端子，使得驱动器晶体管158需要的高下拉电流经由控制晶体管178而提供，借此限制穿过电阻器160的电流。此种限制流动穿过电阻器160的电流的现象致使传输开关105的源极-栅极电压的向下箝位。相应地，由于低偏置电压Vbias，控制晶体管178被切换到接通状态并使高下拉电流绕道以免流动穿过电阻器160，且传输开关105的源极-栅极电压被相应地箝位，且最大负载电流(例如，归因于短路事件)受到限制。以此方式，通过使用控制晶体管178来使高下拉电流绕道且减小电阻器160的电阻，电压调节器100在短路事件中受到保护。

然而，关于图1所描述的短路保护方案增大电压调节器100的电流消耗。举例来说，即使对传输开关105的源极-栅极电压进行箝位，但驱动器电路120仍从传输开关105吸收驱动器晶体管158需要的高下拉电流。

此技术的各种实例性实施例提供能够提供电压调节器中的短路保护且能够提供电压调节器中的减小的电流消耗的解决方案，且除提供当前可获得的益处之外，这些解决方案还克服了上文所描述的限制及其它限制。结合图2到4描述各种实例性实施例。

参考图2，图解说明根据实施例的表示第一实例性电压调节器的电路的框图。在此实例中，展示经设计而以输入电压与输出电压之间的最小电压差(也称为饱和电压)且以减小的电流消耗操作的电压调节器200，例如低压降(LDO)电压调节器。电压调节器200包含传输开关205、电压误差放大器210、参考电源215、驱动器电路220、短路保护电路225及电容器230。传输开关205将电力供应器234(例如电池或适配器)电耦合到负载且将电力供应器234(例如电池或适配器)与负载电解耦。传输开关205包含源极端子236、漏极端子238及栅极端子240，且经配置以响应于电力供应器(Vdd)及在栅极端子240处接收到的驱动信号而提供负载电流232。举例来说，传输开关205基于源极端子236与栅极端子240之间的电压差(取决于驱动信号)而提供负载电流。在图2的此实例性实施例中，传输开关205展示为p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。此外，举例来说，传输开关205可使用其它类型的MOS开关(例如n型金属氧化物半导体(NMOS))而配置。在其它形式中，传输开关205还可使用双极结晶体管或者二极管与其它有源及无源电子元件的其它组合而配置。短路保护电路225进一步包含感测电路242、放大器电路244及控制电路246。

源极端子236耦合到电力供应器234，漏极端子238耦合到电容器230(参见输出端子248处的连接)，且栅极端子240耦合到驱动器电路220以接收用以控制传输开关205的操作的驱动信号。驱动器电路220耦合到电力供应器234、电压误差放大器210的输出端子250及控制电路246。感测电路242耦合到电力供应器234、栅极端子240、漏极端子238及放大器电路244。放大器电路244耦合在电力供应器234与接地端子252之间。放大器电路244与控制电路246的耦合展示为在放大器电路244的输出节点254处。控制电路246还耦合到接地端子252。电容器230及负载电流232耦合在漏极端子238(参见节点248处的连接)与接地端子252之间。

在实例中，电力供应器电压(Vdd)是由电力供应器234产生的未调节输入电压。传输开关205是电压调节器200中的串联传输开关，所述串联传输开关用于将Vdd传递到输出端子248以作为输出电压(经调节输出电压)。为使Vout维持处于恒定电平，将Vout经由反馈路径馈送到电压误差放大器210的反相输入258。参考电源215产生提供到电压误差放大器210的非反相输入256的参考电压(例如，稳定参考电压Vref)。电压误差放大器210将Vref与Vout进行比较以产生误差电压(Verror)。所述“误差电压”是指基于将参考电压Vref与输出电压Vout进行比较而产生的经放大差分电压。驱动器电路220对误差电压(Verror)作出响应且提供驱动信号。在传输开关205的栅极端子240处接收驱动信号以用于将Vout的产生控制在恒定电平。然而，在电压调节器200通电期间或在意外或故障状况(例如在测试期间发生的焊接短路)期间，电压调节器200具有进入短路事件的趋势。

为提供短路保护，电压调节器200包含短路保护电路225。在图2的实例性实施例中，短路保护电路225包含感测电路242、放大器电路244及控制电路246。在非短路事件(也称为“正常操作”)期间，感测电路242感测传输开关205的栅极电压的任何改变，例如任何增大或减小(相应地，传输开关205的源极-栅极电压的相应减小或增大)。响应于从感测电路242接收到的所感测信号，放大器电路244经配置以在输出节点254处产生偏置电压(Vbias)。在正常操作状况期间，Vbias约等于Vdd。在此实例性实施例中，响应于Vbias(约等于Vdd的电压)，控制电路246提供低电阻。举例来说，控制电路246可包含一或多个MOS晶体管或开关，所述一或多个MOS晶体管或开关在正常操作期间切换到接通状态以提供低电阻。相应地，在正常操作期间，控制电路246提供给驱动器电路220的路径是低电阻路径。

在短路事件期间，Vout(输出端子248处的电压)开始朝零伏特而减小，且减小传输开关205的栅极端子240处的栅极电压(也称为“驱动信号”)。举例来说，当Vout在短路事件中朝向0V减小时，误差电压(Verror)增大且驱动器电路220需要的下拉电流也增大，借此致使栅极端子240处的栅极电压(也称为“Vgate”)减小。感测电路242感测传输开关205的Vgate的任何改变，例如感测Vgate的减小(相应地，传输开关205的源极-栅极电压(Vsg)的增大)。在一个实施例中，响应于从感测电路242接收到的所感测信号，放大器电路244经配置以在输出节点254处产生偏置电压(Vbias)。在此实例性实施例中，基于Vbias而致使控制电路246提供高电阻。举例来说，控制电路246可包含一或多个MOS晶体管或开关，所述一或多个MOS晶体管或开关在短路事件期间切换到关断状态且提供高电阻。相应地，在短路事件期间，控制电路246提供给驱动器电路220的路径是具有大于在电压调节器200的非短路事件期间所提供的电阻的电阻的高电阻路径。高电阻路径对穿过驱动器电路220的电流(例如，下拉电流)进行箝位。通过对穿过驱动器电路220的下拉电流进行箝位，会提供使驱动器电路220退化的过程。由于驱动器电路220中的下拉电流被箝位，因此传输开关205的源极-栅极电压(Vsg)被箝位，且相应地，负载电流(例如，短路电流)受到限制。

在电压调节器200中的短路事件期间，通过由控制电路246提供较高电阻而对驱动器电路220中的电流进行箝位(例如，将电流减小)；而在电压调节器100中，仅通过并联上拉路径(例如，控制电路145)而使过电流绕道以免穿过驱动器电路120。相应地，与电压调节器100中的电流消耗相比，电压调节器200中的电流消耗被减小。以此方式，控制电路246给驱动器电路220提供高电阻路径，借此提供电压调节器200中的短路保护。此外，在短路事件期间，与电压调节器100相比，用于内部主导极点的电压调节器200的稳定性得以改进。举例来说，电压调节器200的增益带宽通过驱动器电路220的跨导(gm)而确定，且本发明通过在短路事件期间使驱动器电路220退化而提供驱动器电路220的跨导(gm)的降低。

还参考图3阐释电压调节器(例如，电压调节器200)的一些实例性实施例。

参考图3，展示根据实施例的第二实例性电压调节器的电路图。在此实例性实施例中，展示经设计而以输入电压与输出电压之间的最小电压差(也称为饱和电压)操作的电压调节器300，例如低压降(LDO)电压调节器。电压调节器300包含传输开关302、电压误差放大器304、参考电源306、驱动器电路308、短路保护电路310及电容器312。电压调节器300提供负载电流314。传输开关302经配置以基于驱动信号将电力供应器316(例如电池或适配器)电耦合到负载或将电力供应器316(例如电池或适配器)与负载电解耦。传输开关302包含第一端子318、第二端子320及第三端子322。驱动器电路308包含驱动器晶体管324及电阻器326。短路保护电路310进一步包含感测电路328、放大器电路330及控制电路332。感测电路328包含感测晶体管334。放大器电路330包含第一放大器电路336及第二放大器电路338。第一放大器电路336包含第一电阻器340、第一晶体管342及第一偏置电流源344。第二放大器电路336包含第二电阻器346、第二晶体管348及第二偏置电流源350。控制电路332包含控制晶体管352及控制电阻器354。在一个实例中，传输开关302、感测晶体管334、第一晶体管342及第二晶体管348是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。举例来说，传输开关302、感测晶体管334、第一晶体管342及第二晶体管348可使用其它类型的MOS开关(例如n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管)而配置。在其它形式中，传输开关302、感测晶体管334、第一晶体管342及第二晶体管348还可使用双极结晶体管或者二极管与其它有源及无源元件的其它组合而配置。在一个实例中，驱动器晶体管324及控制晶体管352是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。举例来说，驱动器晶体管324及控制晶体管352可使用其它类型的MOS开关(例如p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管)而配置。在其它形式中，驱动器晶体管324及控制晶体管352还可使用双极结晶体管或者二极管与其它有源及无源元件的其它组合而配置。

第一端子318耦合到电力供应器316，第二端子320耦合到输出端子356，且第三端子322耦合到驱动器晶体管324及电阻器326(参见节点358处的连接)。电容器312耦合在第二端子320(参见输出端子356)与接地端子366及负载电流314之间。驱动器晶体管324包含第一节点360、第二节点362及第三节点364。电阻器326耦合在电力供应器316与驱动器晶体管324的第一节点360之间(参见节点358处的连接)。驱动器晶体管324的第二节点362耦合到接地端子366，且驱动器晶体管324的第三节点364耦合到电压误差放大器304的输出端子368。感测晶体管334包含源极端子370(感测电路328的端子)、漏极端子372及栅极端子374。感测晶体管334的栅极端子374耦合到第三端子322(参见节点358处的连接)，且感测晶体管334的漏极端子372耦合到传输开关302的第二端子320。第一电阻器340耦合到电力供应器316及第一晶体管342的源极端子(参见节点376处的连接)。第一偏置电流源344耦合在第一晶体管342的漏极端子与接地端子366之间。第一晶体管342的漏极端子耦合到第一晶体管342的栅极端子。在实例中，第一晶体管342是二极管连接的晶体管。

第二电阻器346耦合到电力供应器316，且耦合到第二晶体管348的源极端子(参见节点378处的连接)。第二偏置电流源350耦合在第二晶体管348的漏极端子与接地端子366之间。第二偏置电流源350与第二晶体管348的漏极端子的耦合展示为在放大器电路330的输出节点380处。第二晶体管348的源极端子进一步耦合到感测晶体管334的源极端子370(参见节点378处的连接)，且第二晶体管348的栅极端子耦合到第一晶体管342的栅极端子。控制晶体管352包含漏极节点382、源极节点384及栅极节点386。控制晶体管352的漏极节点382耦合到驱动器晶体管324的第二节点362，控制晶体管352的源极节点384耦合到接地端子366，且控制晶体管352的栅极节点386耦合到放大器电路330的第二晶体管348的漏极端子(参见输出节点380处的连接)。

下文中阐释电压调节器300的工作的实例性实施例。在实例中，由电力供应器316产生的电力供应器电压(Vdd)可是未调节输入电压。传输开关302是电压调节器300中的串联传输开关，所述串联传输开关用于将Vdd传递到输出端子356以作为输出端子356处的输出电压(称为“Vout”的经调节输出电压)。为使Vout维持处于恒定电平，将Vout经由反馈路径馈送到电压误差放大器304的反相输入390。参考电源306产生提供到电压误差放大器304的非反相输入388的参考电压(例如，称为Vref的稳定参考电压)。电压误差放大器304将Vref与Vout进行比较以基于Vref与Vout的差而产生误差电压(Verror)。所述“误差电压”是指基于将Vref与Vout进行比较而产生的经放大差分电压。驱动器晶体管324响应于误差电压Verror而将传输开关302的第三端子322(栅极端子)驱动到适当操作点(例如，驱动信号，及传输开关302的Vsg)，此继而又调整Vout以在输出端子356处产生恒定Vout。当操作点或Vdd改变时，电压误差放大器304调制传输开关302的第三端子322处的电压以在输出端子356处维持恒定Vout。在电压调节器300通电期间或者在意外或故障状况(例如在测试期间发生的焊接短路)期间，电压调节器300具有进入短路事件的趋势，且此趋势被短路保护电路310结合其它电路元件而消除。

为提供短路保护，电压调节器300包含短路保护电路310。在图3的实例性实施例中，短路保护电路310包含感测电路328、放大器电路330及控制电路332。在一个实施例中，放大器电路330中的第一偏置电流源344及第二偏置电流源350经配置以产生恒定偏置电流。第二电阻器346的电阻(R2)小于第一电阻器340的电阻(R1)，且节点376处的电压(第一电压)基本上小于节点378处的电压(第二电压)。

在非短路事件(也称为“正常操作”)期间，感测晶体管334感测传输开关302的栅极电压(第三端子322的电压)的任何改变，例如任何增大或减小(相应地，传输开关302的源极-栅极电压(Vsg)的相应减小或增大)。响应于从感测晶体管334接收到的所感测信号，放大器电路330经配置以在输出节点380处产生偏置电压(Vbias)。在正常操作状况期间，Vbias约等于Vdd。在此实例性实施例中，基于Vbias(约等于Vdd的电压，即高偏置电压)，控制晶体管352(NMOS晶体管)提供低电阻。举例来说，控制晶体管352在正常操作期间实现(例如，切换到)接通状态且提供低接通电阻。相应地，在正常操作期间，控制电路332提供给驱动器晶体管324的路径是低电阻路径。

在短路事件期间，Vout(输出端子356处的电压)开始朝零伏特而减小，且减小传输开关302的第三端子322处的栅极电压(也称为“驱动信号”)。举例来说，当Vout在短路事件中朝向0V减小时，误差电压(Verror)增大且驱动器晶体管324需要的下拉电流也增大，借此致使第三端子322处的栅极电压(也称为“Vgate”)减小。感测晶体管334感测传输开关302的栅极电压的任何改变，例如任何减小(相应地，传输开关302的源极-栅极电压的增大)。感测晶体管334反映穿过传输开关302的电流，且相应地，如果负载电流314增大，那么感测电流(感测晶体管334从第三端子322感测到的)也增大。感测电流的此增大使得节点378处的电压能够减小(例如，小于Vdd)且基本上等于放大器电路330的节点376处的电压。响应于从感测电路328接收到的所感测信号(节点378处的电压为所感测信号)，放大器电路330经配置以在输出节点380处产生偏置电压(Vbias)。在短路事件期间，在实例中，Vbias(低偏置电压)是使得控制电路332能够给驱动器电路308提供高电阻路径(或充当到驱动器电路308的高电阻路径)的电压。在此实例性实施例中，基于低Vbias而致使控制晶体管352提供高电阻。举例来说，控制晶体管352在短路事件期间切换到关断状态(当Vbias被馈送到控制晶体管352的栅极节点386时)，且控制晶体管352提供高电阻。相应地，在短路事件期间，控制电路332(控制晶体管352与控制电阻器354的组合)提供给驱动器晶体管324的路径是高电阻路径。高电阻路径对驱动器晶体管324需要的电流量进行箝位(或限制)，且相应地，跨越传输开关302的第一及第三(分别为源极及栅极)端子(分别为318及322)发生较小电压降。相应地，传输开关302的源极-栅极电压(Vsg)被箝位且负载电流(短路电流)受到限制。与电压调节器100中的电流消耗相比，电压调节器300中的电流消耗被减小，这是因为驱动器电路308中需要的电流在短路事件期间被箝位。以此方式，通过使用控制晶体管352来给驱动器电路308的驱动器晶体管324提供高电阻路径而给电压调节器300提供短路保护。

在实例中，在短路事件期间，低偏置电压(Vbias)经产生以用于通过使得节点376处的电压(例如，Vx)能够基本上等于放大器电路330的节点378处的电压(例如，Vy)而给驱动器电路308提供高电阻路径。在一种形式中，第二电阻器346的电阻(R2)小于第一电阻器340的电阻(R1)。举例来说，R2可具有为R1的十分之一的值(例如)。相应地，通过假设R1＝10R2且第一偏置电流源344及第二偏置电流源350的偏置电流等于1微安(μA)，可按照以下方程式来确定发生短路事件的负载电流314：

Vx＝lμA*R1 (1)

Vy＝1μA*(R1/10)+(Iload/N)*(R1/10) (2)

其中Iload是负载电流314，且N是传输开关302与感测晶体管334的大小的比率。

对于Vx＝Vy，按照以下方程式(3)使方程式(1)与(2)相等：

lμA*R1＝lμA*(R1/10)+(Iload/N)*(Rl/10) (3)

相应地，Iload＝9*μA*N (4)

对于N＝1000，Iload＝9*μA*1000。相应地，在此实例中，在9*μA*1000的负载电流下，短路事件发生，且Vbias等于给驱动器电路308提供高电阻路径的电压。R1、R2、Iload、Ibias与N之间的关系的通式可按照以下方程式(5)而确定：

Iload＝N*((R1/R2)-1)*Ibias (5)

其中Ibias是由第一偏置电流源344或第二偏置电流源350产生的偏置电流。

当在短路事件中Vbias减小时，Vbias致使控制晶体管352实现关断状态，借此在驱动器电路308的路径中提供高电阻且对驱动器电路308中的电流进行箝位。由于驱动器电路308中的电流被箝位，因此传输开关302的Vsg也被箝位，且相应地，短路电流(短路事件中的负载电流)受到限制。

图4是提供电压调节器(例如，如分别参考图2及图3所阐释的电压调节器200或300)中的短路保护的实例性方法400的流程图。电压调节器的实例是低压降(LDO)电压调节器。LDO电压调节器是使用最小输入-输出差分电压操作的线性调节器。便携式电子装置的实例不限于移动电话、膝上型计算机、数码相机、平板计算机及便携式游戏装置。

在402处，方法400包含由传输开关基于用以驱动负载的驱动信号而产生输出电压。传输开关(例如，传输开关205或传输开关302)包含第一端子、第二端子及第三端子，其中第一端子耦合到电力供应器且第二端子耦合到负载。输出电压是响应于在第三端子处接收到的驱动信号通过以下方式而在第二端子处产生：在传输开关的接通状态下电耦合电力供应器与负载且在传输开关的关断状态下将电力供应器与负载电解耦。传输开关经配置以响应于来自传输开关的驱动器电路(例如，驱动器电路220或驱动器电路308)的驱动信号而产生输出电压。

在404处，由驱动器电路基于输出电压与参考电压的差而提供驱动信号。驱动器电路耦合到传输开关的第三端子。在实例性实施例中，误差放大器可经实施以基于输出电压与参考电压的差而产生误差信号，且基于误差信号而产生驱动信号。在实例性实施例中，(例如)电压误差放大器210或304(参考图2及图3)将参考电压与输出电压进行比较以确定误差电压。接着，(例如)通过由驱动器晶体管324(参考图3)提供的驱动信号而驱动传输开关，其中基于误差电压而产生驱动信号。

在406处，方法400包含控制电压调节器的短路事件中的负载电流。在实例性实施例中，操作406是以操作408及410而执行。在实例性实施例中，在408处，方法406包含感测在第三端子处接收到的驱动信号。在410处，方法406包含在电压调节器的短路事件期间基于对驱动信号的感测而给驱动器电路提供高电阻路径。提供给驱动器电路的高电阻路径使得能够对驱动器电路中的电流进行箝位，借此对第一端子与第三端子之间的电压差进行箝位。当第一端子与第三端子之间的电压差(例如，传输开关的源极-栅极电压)被箝位(例如，被减小)时，短路事件中的负载电流也受到限制(例如，被减小)。此外，方法400包含在非短路事件期间给驱动器电路提供低电阻路径。

在实例性实施例中，短路事件中的负载电流受短路保护电路(例如，短路保护电路225或310)控制，其中短路保护电路包含感测电路、放大器电路及控制电路，所述控制电路包含控制晶体管及电阻器。感测电路在第三端子及第二端子处耦合到传输开关。放大器电路耦合在感测电路与控制电路之间。感测第三端子处的驱动信号以提供所感测信号。响应于所感测信号而将偏置电压提供到(放大器电路的)输出节点。由控制电路响应于偏置电压通过给驱动器电路提供低电阻路径或高电阻路径中的一者而相应地限制驱动器电路中的电流(下拉电流)。在实例性实施例中，在非短路事件期间将偏置电压提供为高偏置电压。高偏置电压等于电力供应器的电压且使得控制电路能够提供低电阻路径。在实例性实施例中，在短路事件期间将偏置电压提供为低偏置电压。低偏置电压小于电力供应器的电压，其中低偏置电压使得控制电路能够提供高电阻路径。在实例性实施例中，通过以下方式进一步控制负载电流：在非短路事件期间通过基于高偏置电压将控制电路的控制晶体管切换为接通而给驱动器电路提供低电阻路径，且在短路事件期间通过基于低偏置电压将控制电路的控制晶体管切换为关断而给驱动器电路提供高电阻路径。高电阻路径经配置以对第一端子与第三端子之间的电压差进行箝位且借此限制短路事件期间的负载电流。

实例性实施例中的一或多者的优点包含在短路事件期间通过给传输开关的驱动器电路提供高电阻路径且对传输开关的源极-栅极电压进行箝位而提供电压调节器中的短路保护。电压调节器的短路保护电路在负载电流小于非短路事件的阈值电流时给驱动器电路提供低电阻路径且在负载电流高于短路事件的阈值电流时给驱动器电路提供高电阻路径。高电阻路径进一步限制短路事件期间的负载电流。传输开关的在短路事件期间增大的源极-栅极电压也因高电阻路径而减小。相应地，通过使驱动器电路中的驱动器晶体管退化而限制驱动器电路需要的高下拉电流，且还减小电压调节器中的静止电流，借此减小电压调节器中的电流消耗。通过实现减小的电流消耗，使用电压调节器的电子装置的电池寿命得以延长。通过使用短路保护电路，驱动器电路的跨导(gm)在短路事件期间被减小，借此减小增益带宽并避免关于电压调节器在短路事件期间的稳定性问题。

可使用硬件电路(例如，基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的逻辑电路)、固件、软件及/或硬件、固件及/或软件(例如，体现于机器可读媒体中)的任何组合来启用及操作本文中所描述的各种电路。举例来说，可使用晶体管、逻辑门及电路(例如，专用集成电路(ASIC)电路及/或数字信号处理器(DSP)电路)来体现各种电结构及方法。

在各种实施例中描述及图解说明为离散或单独的技术、装置、子系统及方法可与其它系统、模块、技术或方法进行组合或集成。

在权利要求书的范围内，在所描述实施例中可做出若干修改，且其它实施例是可能的。

Claims (13)

1.一种电压调节器，其包括：

传输开关，其用于在所述传输开关的接通状态期间电耦合电力供应器与负载且用于在所述传输开关的关断状态期间将所述电力供应器与所述负载电解耦，所述传输开关包含第一端子、第二端子及第三端子，所述第一端子耦合到所述电力供应器且所述第二端子耦合到所述负载，所述传输开关经配置以响应于在所述第三端子处接收到的驱动信号而在所述第二端子处产生输出电压；

电压误差放大器，其包含第一输入端子、第二输入端子及输出端子，所述电压误差放大器经配置以在所述第一输入端子处接收参考电压且在所述第二输入端子处接收所述输出电压，且进一步经配置以基于所述参考电压与所述输出电压的差而在所述输出端子处产生误差电压；

驱动器电路，其在所述输出端子处耦合到所述电压误差放大器且在所述第三端子处耦合到所述传输开关，所述驱动器电路经配置以响应于所述误差电压而产生所述驱动信号；及

短路保护电路，其在所述第三端子处耦合到所述传输开关且经配置以：

感测在所述第三端子处接收到的所述驱动信号；

在所述电压调节器的短路事件期间响应于所述驱动信号而为所述驱动器电路提供高电阻路径，其中提供给所述驱动器电路的所述高电阻路径使得能够对所述驱动器电路中的电流进行箝位以对所述第一端子与所述第三端子之间的电压差进行箝位并限制所述短路事件中的负载电流；及

在非短路事件期间为所述驱动器电路提供低电阻路径。

2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述驱动器电路进一步包含：

驱动器晶体管，其包含第一节点、第二节点及第三节点，所述第二节点耦合到所述短路保护电路且所述第三节点耦合到所述电压误差放大器的所述输出端子，且其中所述驱动器晶体管经配置以响应于在所述第三节点处接收到的所述误差电压而产生所述驱动信号；及

电阻器，其经配置以将所述驱动器晶体管的所述第一节点及所述传输开关的所述第三端子耦合到所述电力供应器。

3.根据权利要求2所述的电压调节器，其中所述短路保护电路包含：

感测电路，其在所述第三端子及所述第二端子处耦合到所述传输开关，所述感测电路经配置以感测所述第三端子处的所述驱动信号且在所述感测电路的端子处提供所感测信号；

放大器电路，其耦合到所述感测电路，所述放大器电路经配置以响应于所述所感测信号而将偏置电压提供到所述放大器电路的输出节点；及

控制电路，其耦合到所述放大器电路且经配置以响应于所述偏置电压通过为所述驱动器电路提供所述低电阻路径及所述高电阻路径中的一者而对所述驱动器电路中的所述电流进行箝位。

4.根据权利要求3所述的电压调节器，其中所述感测电路包含：

感测晶体管，其包含源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述第二端子且所述栅极端子耦合到所述传输开关的所述第三端子，其中所述感测晶体管经配置以在所述非短路事件中将所述所感测信号强制为高电压信号且经配置以在所述短路事件中将所述所感测信号强制为低电压信号。

5.根据权利要求4所述的电压调节器，其中所述放大器电路包含：

第一放大器电路，其包含第一电阻器、第一晶体管及第一偏置电流源，所述第一电阻器耦合在所述电力供应器与所述第一晶体管之间，且所述第一偏置电流源耦合在所述第一晶体管与接地端子之间，所述第一放大器电路经配置以在连接所述第一电阻器与所述第一晶体管的节点处产生第一电压，及

第二放大器电路，其耦合到所述第一放大器电路且包含第二电阻器、第二晶体管及第二偏置电流源，所述第二电阻器耦合在所述电力供应器与所述第二晶体管之间，且所述第二偏置电流源耦合在所述第二晶体管与所述接地端子之间，所述第二放大器电路经配置以在连接所述第二电阻器与所述第二晶体管的节点处产生第二电压，

其中所述放大器电路经配置以基于所述第一电压及所述第二电压而在所述放大器电路的所述输出节点处产生所述偏置电压；

其中在所述非短路事件期间，所述第一电压基本上等于所述第二电压，且所述偏置电压是基本上等于所述电力供应器的电压的高偏置电压；且

其中在所述短路事件期间，所述第一电压基本上小于所述第二电压，且所述偏置电压是基本上小于所述电力供应器的所述电压的低偏置电压。

6.根据权利要求5所述的电压调节器，其中所述控制电路包含：

控制晶体管，其包含漏极节点、源极节点及栅极节点，所述漏极节点耦合到所述驱动器晶体管的所述第二节点且所述源极节点耦合到所述接地端子，所述控制晶体管经配置以在所述栅极节点处接收所述偏置电压，且在所述非短路事件期间实现接通状态及在所述短路事件期间实现关断状态；及

控制电阻器，其耦合在所述驱动器晶体管的所述第二节点与所述控制晶体管的所述源极节点之间，

其中所述控制电路经配置以在所述控制晶体管的所述关断状态下提供高电阻，从而在所述短路事件中为所述驱动器电路提供所述高电阻路径。

7.根据权利要求6所述的电压调节器，其中所述第一偏置电流源及所述第二偏置电流源提供相等偏置电流。

8.根据权利要求7所述的电压调节器，其中所述传输开关、所述感测晶体管、所述第一晶体管及所述第二晶体管中的每一者包含p型金属氧化物半导体PMOS晶体管，且其中所述控制晶体管及所述驱动器晶体管中的每一者包含n型金属氧化物半导体NMOS晶体管。

9.一种提供电压调节器中的短路保护的方法，所述方法包括：

由传输开关基于用以驱动负载的驱动信号而产生输出电压，所述传输开关包含第一端子、第二端子及第三端子，所述第一端子耦合到电力供应器，所述第二端子耦合到所述负载，且所述输出电压是响应于在所述第三端子处接收到的驱动信号通过以下方式而在所述第二端子处产生：在所述传输开关的接通状态下电耦合所述电力供应器与所述负载及在所述传输开关的关断状态下将所述电力供应器与所述负载电解耦；

由驱动器电路基于所述输出电压与参考电压的差而提供所述驱动信号；及

通过执行以下操作而控制所述电压调节器的短路事件中的负载电流：

感测在所述第三端子处接收到的所述驱动信号；及

在所述电压调节器的所述短路事件期间基于对所述驱动信号的所述感测而为所述驱动器电路提供高电阻路径，提供给所述驱动器电路的所述高电阻路径使得能够对所述驱动器电路中的电流进行箝位以对所述第一端子与所述第三端子之间的电压差进行箝位并限制所述短路事件中的所述负载电流。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

将所述参考电压与所述输出电压进行比较以产生误差电压；及

响应于所述误差电压而产生所述驱动信号。

11.根据权利要求9所述的方法，其中控制所述短路事件中的所述负载电流包含：

由感测电路感测所述第三端子处的所述驱动信号以在所述感测电路的端子处提供所感测信号；

由放大器电路响应于所述所感测信号而将偏置电压提供到所述放大器电路的输出节点；及

由控制电路响应于所述偏置电压通过为所述驱动器电路提供低电阻路径及所述高电阻路径中的一者而对所述驱动器电路中的所述电流进行箝位。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

在非短路事件期间将所述偏置电压提供为高偏置电压，所述高偏置电压基本上等于所述电力供应器的电压，其中所述高偏置电压使得所述控制电路能够提供所述低电阻路径，及

在所述短路事件期间将所述偏置电压提供为低偏置电压，所述低偏置电压基本上小于所述电力供应器的所述电压，其中所述低偏置电压使得所述控制电路能够提供所述高电阻路径。

13.根据权利要求12所述的方法，其中控制所述负载电流进一步包含：

在所述非短路事件期间通过基于所述高偏置电压将所述控制电路的控制晶体管切换为接通而为所述驱动器电路提供所述低电阻路径，及

在所述短路事件期间通过基于所述低偏置电压将所述控制电路的所述控制晶体管切换为关断而为所述驱动器电路提供所述高电阻路径，其中所述高电阻路径经配置以对所述第一端子与所述第三端子之间的所述电压差进行箝位并限制所述短路事件期间的所述负载电流。