CN107193313B - 稳压器 - Google Patents

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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

一种稳压器，包含驱动电路、放大电路与过压保护电路。驱动电路用以接收输入电压并经由输出端提供输出电压。放大电路用以依据输出电压控制驱动电路。过压保护电路用以从驱动电路的输出端导通第一电流至接地端。当过压保护电路检测耦接驱动电路的节点的电位增加时，过压保护电路从驱动电路的输出端导通第二电流至接地端以降低输出电压，其中第二电流大于第一电流。

Description

稳压器
技术领域
本申请是关于一种稳压器，且特别是关于一种防止输出电压过高的稳压器。
背景技术
线性降压稳压电路(LDO，Low Dropout Regulator)在电子是统的电源中广泛应用，包含车用电子、手机、笔记本电脑与个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等。尤其车用电子设备的低功耗、高效能和高可靠性的需求造成线性降压稳压电路设计更加困难。当线性降压稳压电路输出供电从一种执行模式切换到另一种执行模式时，线性降压稳压电路的负载需求会快速变化，造成输出电压发生过高或过低的现象。由于电压过高可能对电路造成永久损害，因此防止输出电压过高的保护机制十分重要。
发明内容
本申请的一个实施方式是提供一种稳压器。稳压器包含驱动电路、放大电路与过压保护电路。驱动电路用以接收输入电压并经由输出端提供输出电压。放大电路用以依据输出电压控制驱动电路。过压保护电路用以从驱动电路的输出端导通第一电流至接地端。当过压保护电路检测耦接驱动电路的节点的电位增加时，过压保护电路从驱动电路的输出端导通第二电流至接地端以降低输出电压，其中第二电流大于第一电流。
本申请的另一实施方式是提供一种稳压器。稳压器包含晶体管、驱动电路、放大电路与第一滤波电路。晶体管具有控制端、第一端与第二端，第二端耦接接地端，控制端用以接收控制电压以使晶体管从第一端导通第一电流至第二端。驱动电路具有输入端、输出端与控制端，输出端耦接晶体管的第一端，输入端用以接收输入电压，输出端用以输出输出电压。放大电路耦接驱动电路的控制端并用以依据输出电压控制驱动电路。第一滤波电路具有第一端与第二端，第一滤波电路的第一端耦接驱动电路，第一滤波电路的第二端耦接晶体管的控制端。第一滤波电路用以当第一端的电位增加时，控制晶体管从第一端导通第二电流至第二端以降低输出电压，其中第二电流大于第一电流。
综上所述，本公开的目的在于防止输出电压发生过压现象。本申请的稳压器可直接或间接检测输出电压增加的电位差以适当释放驱动电路输出端多余的能量，因此可有效避免过压现象造成电路的损害。
附图说明
为使本申请的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下。
图1是根据本申请一实施例绘示的稳压器的示意图；
图2是根据本申请一实施例绘示的稳压器的示意图；
图3是根据本申请一实施例绘示的稳压器的示意图；以及
图4是根据本申请一实施例绘示的稳压器的示意图。
110：驱动电路
1101：输入端
1102：输出端
1103：控制端
120：放大电路
130：过压保护电路
131、1322：滤波电路
1311：第一端
1312：第二端
132：偏压电路
1321：偏压电源
133：开关电路
140：负载
150：反馈电路
M1：晶体管
11：第一端
12：第二端
13：控制端
P、Q：节点
VIN：输入电压
VOUT：输出电压
VC、VG：控制电压
VREF：参考电压
具体实施方式
以下公开提供许多不同实施例或示例用以实施本发明的特征。本公开在不同示例中可能重复引用数字符号和/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例和/或配置之间的关系。
关于本文中所使用的『耦接』或『连接』，均可指二个或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而『耦接』或『连接』还可指二个或多个组件相互操作或动作。
参阅图1，图1是根据本申请一实施例绘示的一种稳压器的示意图。稳压器可应用于车用电子、手机、笔记本电脑与个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)，本申请并不以此为限。
稳压器包含驱动电路110、放大电路120与过压保护电路130。驱动电路110耦接放大电路120及过压保护电路130。
驱动电路110用以经由输入端1101接收输入电压VIN并经由输出端1102提供输出电压VOUT至负载140。
放大电路120耦接驱动电路110的控制端1103，并用以依据输出电压VOUT控制驱动电路110。具体而言，放大电路120用以放大反馈电压与参考电压VREF的差值产生控制电压VG以控制驱动电路110提供输出电压VOUT。上述反馈电压可通过输出电压VOUT耦接反馈电路150(例如分压电路)产生。
过压保护电路130用以从驱动电路110的输出端1102导通第一电流至接地端。举例来说，当系统遭遇雷击时，驱动电路110的输出端1102的电位将升高，节点P的电位也因此升高。过压保护电路130检测驱动电路110的节点P电位增加时，过压保护电路130从驱动电路110的输出端1102导通第二电流至接地端以将输出电压降回VOUT。须注意到的是，上述第二电流是大于第一电流，藉以有效地改善输出电压VOUT升高所导致的过压现象。于此实施例中，过压保护电路130直接检测输出电压VOUT(亦即节点P的电位)以避免输出电压VOUT发生过压现象。
如此一来，当输出电压VOUT稳定无过压现象时，过压保护电路130以较小的第一电流导通驱动电路110的输出端与接地端。当输出电压VOUT发生过压现象时，过压保护电路130则经由较大的第二电流释放输出电压VOUT多余的能量，以将输出电压稳定维持为VOUT。
在一些实施例中，过压保护电路130包含滤波电路131、偏压电路132与开关电路133。滤波电路131用以当检测节点P的电位增加时，控制开关电路133从驱动电路110的输出端1102导通第二电流至接地端以降低输出电压VOUT。偏压电路132用以输出控制电压VC至开关电路的控制端13，藉以控制开关电路133从驱动电路110的输出端1102导通第一电流至接地端。
于一些实施例中，偏压电路132包含偏压电源1321与滤波电路1322。偏压电源1321用以提供偏压至滤波电路1322。滤波电路1322用以接收偏压并输出控制电压VC以控制开关电路133从驱动电路110的输出端1102导通第一电流至接地端。在一些实施例中，滤波电路1322可为一低通滤波器。
在一些实施例中，如图1所示，开关电路133可实施为晶体管M1。晶体管M1具有控制端13、第一端11与第二端12。第二端12耦接接地端，控制端13用以接收控制电压VC以使晶体管M1从第一端11导通第一电流至第二端12。上述第一电流由控制电压VC决定。举例而言，第一电流可为晶体管M1处于待用(standby)状态的最小电流，然而本申请并不以此为限。在此实施例中，滤波电路131为高通滤波器，滤波电路1322为低通滤波器。当输出电压VOUT发生过压现象时，滤波电路131用以依据驱动电路110的输出端1102(亦即节点P)增加的电压差ΔV1对应地将控制电压VC增加电压差ΔV2。换言之，过压现象发生时，节点Q的电位上升为VC+ΔV2。晶体管M1的控制端13接收VC+ΔV2而开启，并且对应控制端13电位VC+ΔV2产生第二电流导通驱动电路110的输出端1102与接地端，以释放输出电压VOUT多余的能量。因此，开关电路133有效地解决过压现象以将输出电压(亦即节点P)降回VOUT并将节点Q的电位降回VC。此外，值得注意的是，由于滤波电路1322为低通滤波器，且开关电路133的产生的第二电流将导致电压差ΔV1快速降低，进而使电压差ΔV2快速降低，故电压差ΔV2并不会对偏压电路132产生负面影响。
在一些实施例中，电压差ΔV1等于或大于电压差ΔV2。
如此一来，稳态的晶体管M1处于待用状态可依据控制端13的电位变化快速地反应(例如增加第一端与第二端的间的导通电流)，以迅速释放输出电压VOUT多余的能量并降低过压现象的持续时间，避免造成电路永久损害。
在此实施例中，放大电路120可为误差放大器。晶体管M1可为N型金属半导体场效应晶体管(N-MOSFET)、P型金属半导体场效应晶体管(P-MOSFET)、双极性结型晶体管(BJT)或是任何等效的晶体管，本公开并不以此为限。
参阅图2，图2是根据本申请一实施例绘示的一种稳压器的示意图。稳压器包含如图1所示的驱动电路110、放大电路120与过压保护电路130，其中开关电路133可为晶体管M1，驱动电路110可为晶体管M2，滤波电路131可为电容器，滤波电路1322可为电阻器。滤波电路131具有第一端1311与第二端1312，第一端1311耦接驱动电路110的输出端1102(亦即节点P)，第二端1312耦接晶体管M1的控制端13。偏压电源1321提供偏压至滤波电路1322，滤波电路1322输出控制电压VC至晶体管M1的控制端13以使晶体管M1从第一端11导通第一电流至第二端12(亦即接地端)。在此实施例中，晶体管M2可为N型金属半导体场效应晶体管、P型金属半导体场效应晶体管、双极性结型晶体管(BJT)或是任何等效的晶体管，本申请并不以此为限。
当输出电压VOUT稳定无过压现象时，节点Q的电位为控制电压VC，晶体管M1从第一端11导通第一电流至第二端12。当输出电压VOUT发生过压现象时，滤波电路131耦接第一端1311增加的电压差ΔV1至第二端1312。换言之，滤波电路131依据第一端1311增加的电压差ΔV1，对应地增加第二端1312的电位差ΔV2以使晶体管M1从第一端11导通第二电流至第二端12，以将输出电压降回VOUT。如上述，第二电流大于第一电流。
参阅图3，图3是根据本申请一实施例绘示的一种稳压器的示意图。图3的稳压器包含如图1所示的驱动电路110与放大电路120，然而过压保护电路330经由节点P、R耦接驱动电路110。详言之，当过压现象发生时，升高的输出电压VOUT+ΔV1经由反馈电路150、放大电路120造成节点R的电位上升为VG+ΔV’。于此实施例中，过压保护电路130检测节点R的电位控制电压VG(亦即间接检测输出电压VOUT)以避免输出电压VOUT发生过压现象。
图3所示的稳压器操作类似于图1所示的稳压器操作，以下仅就不同之处说明。当输出电压VOUT发生过压现象时，滤波电路331用以依据驱动电路110的控制端1103(亦即节点R)增加的电压差ΔV’对应地将控制电压VC增加电压差ΔV”。换言之，过压现象发生时，节点Q的电位上升为VC+ΔV”。晶体管M1的控制端13接收上升的控制电压VC+ΔV”而开启，对应控制端13电位VC+ΔV”产生第二电流导通驱动电路110的输出端1102与接地端，以释放输出电压VOUT多余的能量。因此，开关电路133有效地解决过压现象以将节点P的电位降回VOUT并将节点Q的电位降回VC。
在一些实施例中，电压差ΔV’等于或大于电压差ΔV”。
参阅图4，图4是根据本申请一实施例绘示的一种稳压器的示意图。图4的稳压器包含如图3所示的驱动电路110、放大电路120与过压保护电路330，其中开关电路133可为晶体管M1，驱动电路110可为晶体管M2，滤波电路331可为电容器，滤波电路1322可为电阻器。滤波电路331具有第一端3311与第二端3312，第一端3311耦接驱动电路110的控制端1103(亦即节点R)，第二端1312耦接晶体管M1的控制端13。偏压电源1321提供偏压至滤波电路1322，滤波电路1322输出控制电压VC至晶体管M1的控制端13以使晶体管M1从第一端11导通第一电流至第二端12(亦即接地端)。
图4所示的稳压器操作类似于图2所示的稳压器操作，以下仅就不同的处说明。当输出电压VOUT发生过压现象时，滤波电路131耦合第一端3311(亦即节点R)增加的电压差ΔV’至第二端3322。换言之，滤波电路331依据第一端3311增加的电压差ΔV’，对应地将第二端3312增加电位差ΔV”以使晶体管M1从第一端11导通第二电流至第二端12以将输出电压降回VOUT。如上述，第二电流大于第一电流。
须注意到的是，上述滤波电路331可为电容器或其他高通滤波电路，滤波电路1322可为电阻器或其他低通滤波电路，本申请并不以此为限。
综上所述，本申请提供防止输出电压发生过压现象的稳压器。本申请的稳压器可直接或间接检测输出电压增加的电位差，藉以适当释放驱动电路输出端多余的能量，因此可有效避免过压现象造成电路的损害。
虽然本申请已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本申请，任何熟习此技艺者，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本申请的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。
【符号说明】
110：驱动电路
1101：输入端
1102：输出端
1103：控制端
120：放大电路
130：过压保护电路
131、1322、331：滤波电路
1311、3311：第一端
1312、3312：第二端
132：偏压电路
1321：偏压电源
133：开关电路
140：负载
150：反馈电路
M1、M2：晶体管
11：第一端
12：第二端
13：控制端
P、Q、R：节点
VIN：输入电压
VOUT：输出电压
VC、VG：控制电压
VREF：参考电压。

Claims (10)

1.一种稳压器，包含：
一驱动电路，用以接收一输入电压并经由一输出端提供一输出电压；
一放大电路，用以依据该输出电压控制该驱动电路；以及
一过压保护电路，用以从该驱动电路的该输出端导通一第一电流至一接地端；
其中当该过压保护电路检测到与该驱动电路耦接的一节点的电位增加时，该过压保护电路从该驱动电路的该输出端导通一第二电流至该接地端以降低该输出电压，其中该第二电流大于该第一电流。
2.根据权利要求1所述的稳压器，其中，该过压保护电路包含：
一开关电路；以及
一第一滤波电路，用以当检测到该节点的电位增加时，控制该开关电路从该驱动电路的该输出端导通该第二电流至该接地端以降低该输出电压。
3.根据权利要求2所述的稳压器，还包含：
一偏压电路，用以依据一偏压输出一控制电压至该开关电路的一控制端以控制该开关电路从该驱动电路的该输出端导通该第一电流至该接地端，其中该第一电流依据该控制电压决定。
4.根据权利要求3所述的稳压器，其中该偏压电路包含：
一偏压电源，用以提供该偏压；以及
一第二滤波电路，用以接收该偏压并输出该控制电压以控制该开关电路从该驱动电路的该输出端导通该第一电流至该接地端。
5.根据权利要求2所述的稳压器，其中该节点为该驱动电路的该输出端，该第一滤波电路还用以依据该驱动电路的该输出端增加的一第一电压差，对应地将该控制电压增加一第二电压差，该第二电流依据该控制电压与该第二电压差决定。
6.根据权利要求2所述的稳压器，其中该节点为该放大电路的一输出端或该驱动电路的一控制端，该第一滤波电路还用以依据该节点增加的一第一电压差，对应地将该控制电压增加一第二电压差，该第二电流依据该控制电压与该第二电压差决定。
7.根据权利要求1所述的稳压器，其中该放大电路用以放大一反馈电压与一参考电压的一差值以控制该驱动电路，其中该反馈电压对应该输出电压。
8.一种稳压器，包含：
一晶体管，具有一控制端、一第一端与一第二端，该第二端耦接一接地端，该控制端用以接收一控制电压以使该晶体管从该第一端导通一第一电流至该第二端；
一驱动电路，具有一输入端、一输出端与一控制端，该输出端耦接该晶体管的该第一端，该输入端用以接收一输入电压，该输出端用以输出一输出电压；
一放大电路，耦接该驱动电路的该控制端，该放大电路用以依据该输出电压控制该驱动电路；以及
一第一滤波电路，具有一第一端与一第二端，该第一滤波电路的该第一端耦接该驱动电路，该第一滤波电路的该第二端耦接该晶体管的该控制端，该第一滤波电路用以当该第一滤波电路的该第一端之电位增加时，控制该晶体管从该晶体管的该第一端导通一第二电流至该晶体管的该第二端以降低该输出电压，其中该第二电流大于该第一电流。
9.根据权利要求8所述的稳压器，其中该第一滤波电路还用以依据该第一滤波电路的该第一端增加的一电压差，对应地将该第一滤波电路的该第二端增加该电位差以使该晶体管从该晶体管的该第一端导通该第二电流至该晶体管的该第二端以降低该输出电压。
10.根据权利要求8所述的稳压器，还包含：
一偏压电路，耦接该晶体管的该控制端，该偏压电路用以依据一偏压输出该控制电压至该晶体管的该控制端以使该晶体管从该晶体管的该第一端导通该第一电流至该晶体管的该第二端，其中该第一电流依据该控制电压决定。
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