CN110413037A - 稳压器与稳压方法 - Google Patents

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    • G05F3/02—Regulating voltage or current
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    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26—Current mirrors
    • G05F3/262—Current mirrors using field-effect transistors only

Abstract

本发明公开了一种稳压器与一种稳压方法，所述稳压器的一实施例包含：一放大器，用来依据一参考电压与一负反馈电压产生一放大器输出信号；一可调式驱动前级，用来依据该放大器输出信号与一电流相依信号来产生一偏压电流，其中该电流相依信号随着一输出电流的改变而改变，从而该偏压电流随着该输出电流的改变而改变；一驱动元件，用来依据该放大器输出信号输出一输出电压与该输出电流；以及一负反馈电路，用来依据该输出电压产生该负反馈电压。由于该偏压电流随着该输出电流的改变而改变，因此该可调式驱动前级的输出阻抗也随着该输出电流的改变而改变，从而增加该稳压器的稳定度。

Description

稳压器与稳压方法
技术领域
本发明涉及调节器与调节方法，尤其涉及稳压器与稳压方法。
背景技术
许多电子产品都有电源(如电池或电源供应器)，但外界的高频干扰或者来自于产品内部的其他频率的干扰，会导致电源的输出电压不稳定，进而影响电子产品内的IC的效能。为避免上述问题，低压差稳压器(low dropout regulator,LDO)被用来提供一稳定的输出电压。
一般的LDO包含一放大器、一晶体管以及一反馈电路。所述放大器用来依据一参考电压与一反馈电压产生一放大器输出信号；所述晶体管耦接于一电源端与一输出端之间，用来依据该放大器输出信号来调节晶体管的输出电流，进而调节该输出端的一输出电压；所述反馈电路用来依据输出电压产生该反馈电压。上述LDO虽然可提供稳定的输出电压，然而，当该LDO需输出大电流时(亦即该晶体管的输出电流为大电流时，也就是重载(heavyload)时)，该晶体管需具备大推力，因此该晶体管的面积会相当大，这导致该放大器所看见的该晶体管的寄生电容相当大，从而导致该LDO的频率响应不稳定。上述现有技术可见于下列文献：US20020005711A1。
为解决上述LDO的问题，某些现有技术于该放大器与该晶体管之间设置一驱动前级(pre-driver)，以通过该驱动前级的输出阻抗的设定，增加该LDO的稳定度，然而，由于该驱动前级的输出阻抗是固定的，这样的现有技术无法因应该晶体管的输出电流变化极大的情况，换言之，这种现有技术可能能够在负载极轻时(亦即晶体管的输出电流极小时)使LDO稳定，但无法在负载极重(亦即晶体管的输出电流极大时)时使LDO稳定。上述现有技术可见于下列文献：US 6246221B1。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种稳压器与一种稳压方法，以避免现有技术的问题。
本发明公开了一种稳压器，该稳压器的一实施例包含一放大器、一可调式驱动前级、一驱动元件以及一负反馈电路。所述放大器用来依据一参考电压与一负反馈电压产生一放大器输出信号。所述可调式驱动前级用来依据该放大器输出信号与一电流相依信号来产生一偏压电流，其中该电流相依信号随着一输出电流的改变而改变，从而该偏压电流随着该输出电流的改变而改变。所述驱动元件用来依据该放大器输出信号输出一输出电压与该输出电流。所述负反馈电路用来依据该输出电压产生该负反馈电压。由于该偏压电流随着该输出电流的改变而改变，相依于该偏压电流的该可调式驱动前级的输出阻抗以及受该输出阻抗影响的该稳压器的频率响应，也会随着该输出电流的改变而改变，从而该稳压器的稳定度可获得改善。
本发明还公开一种稳压方法，是由一稳压器来执行，该稳压方法的一实施例包含下列步骤：依据一参考电压与一负反馈电压产生一放大器输出信号；依据该放大器输出信号与一电流相依信号来产生一偏压电流，其中该电流相依信号随着一输出电流的改变而改变，从而该偏压电流随着该输出电流的改变而改变；依据该放大器输出信号输出一输出电压与该输出电流；以及依据该输出电压产生该负反馈电压。由于该偏压电流随着该输出电流的改变而改变，与该偏压电流相依的一输出阻抗以及受该输出阻抗影响的一稳压器频率响应，也会随着该输出电流的改变而改变，从而电压调节的稳定度可获得改善。
有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明的稳压器的一实施例；
图2显示图1的可调式驱动前级的一实施例；
图3a显示图2的缓冲元件的一实施例；
图3b显示图2的缓冲元件的一实施例；
图4显示图2的可调式电流源的一实施例；以及
图5显示本发明的稳压方法的一实施例。
符号说明
100稳压器
110放大器
120可调式驱动前级
130驱动元件
132输出端
140负反馈电路
VREF参考电压
VF负反馈电压
VAMP放大器输出信号
SI电流相依信号
IB偏压电流
VOUT输出电压
IOUT输出电流
VIN电源电压
RL负载
CL电容
R1、R2分压电阻
210缓冲元件
220可调式电流源
410感测元件
420电流镜
IS感测电流
IM镜射电流
S510～S540步骤
具体实施方式
以下说明内容的用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。
本发明的公开内容包含稳压器与稳压方法，能够适应性地随着输出电流的改变来调整频率响应，从而增加电压调节的稳定性。
图1显示本发明的稳压器的一实施例。如图1所示，稳压器100包含一放大器110、一可调式驱动前级(adaptive pre-driver)120、一驱动元件130、以及一负反馈电路140。放大器110用来依据一参考电压VREF与一负反馈电压VF产生一放大器输出信号VAMP。可调式驱动前级120用来依据电流相依信号SI来产生一偏压电流IB，其中电流相依信号SI随着一输出电流IOUT的改变而同步地或不同步地改变，从而偏压电流IB随着输出电流IOUT的改变而同步地或不同步地改变，因此，与偏压电流IB相依的可调式驱动前级120的输出阻抗，会随着输出电流IOUT的改变而改变，本实施例中，随着输出电流IOUT变大(变小)，可调式驱动前级120的输出阻抗会变小(变大)。驱动元件130包含一晶体管(例如PMOS晶体管)或其等效元件，耦接于一电源电压VIN与一输出端132之间，并用来依据放大器输出信号VAMP，于输出端132输出一输出电压VOUT以及输出电流IOUT，输出电压VOUT与输出电流IOUT是输出给一负载RL(例如一或多个内部电路，其与稳压器100一同整合于一集成电路中)，因此输出电流IOUT是相依于输出电压VOUT与负载RL的等效阻抗，另外，输出端132可进一步耦接一电容CL(例如一外部电容，其设于一印刷电路板上)，以稳定输出电压VOUT，上述负载RL与电容CL的任一个可包含于稳压器100中，或设于稳压器100之外。负反馈电路140耦接于输出端132与放大器110之间，用来依据输出电压VOUT产生负反馈电压VF，本实施例中，负反馈电路140包含两个分压电阻R1、R2，分压电阻R1、R2的电阻值可相同或不同，实施本发明者可依其需求自行决定分压电阻R1、R2的值，亦可用已知或自行开发的负反馈电路来取代负反馈电路140。
图2显示可调式驱动前级120的一实施例。如图2所示，可调式驱动前级120包含一缓冲元件210与一可调式电流源220。缓冲元件210可以是一二极管连接式金属氧化物半导体导体(diode-connected MOS)(如图3a所示)，或是其等效元件(如图3b所示)。缓冲元件210除用来接收前述电源电压VIN外，还用来耦接放大器110与驱动元件130，以接收放大器输出信号VAMP，并据以输出偏压电流IB。可调式电流源220用来依据电流相依信号SI来控制偏压电流IB，其中偏压电流IB的至少一部分流过缓冲元件210，从而缓冲元件210的输出阻抗相依于该偏压电流的该至少一部分，本实施例中，当该偏压电流的该至少一部分变大(变小)，缓冲元件210的输出阻抗变小(变大)。
图4显示可调式电流源220的一实施例，其中驱动元件130是一PMOS晶体管，缓冲元件210为一二极管连接式金属氧化物半导体导体，可调式电流源220包含一感测元件410与一电流镜420。感测元件410耦接于前述电源电压VIN与电流镜420之间，用来依据电流相依信号SI以产生一感测电流IS，电流相依信号SI在此是放大器输出信号VAMP。电流镜420用来依据感测电流IS产生一镜射电流IM作为偏压电流IB。由图4可知，当放大器输出信号VAMP(在此为电流相依信号SI)降低，驱动元件130的输出电流IOUT与感测元件410的感测电流IS增加，此时，镜射电流IM(即偏压电流IB)会随着感测电流IS的增加而增加，因此，流过缓冲元件210的至少一部分的偏压电流IB会增加，这使得缓冲元件210的等效阻抗减少，并使得缓冲元件210的等效阻抗与驱动元件130的等效电容(包含寄生电容)所贡献的一极点被移向一较高频的位置，如此一来，该极点不会落于稳压器100的增益频宽(其于重载(heavy load)时被移向一较高频的位置)内，相位余裕(phase margin，相位容限，相位余量)会增加，稳压器100的稳定性也获得加强；类似地，当放大器输出信号VAMP(在此为电流相依信号SI)提高，驱动元件130的输出电流IOUT与感测元件410的感测电流IS减少，此时，镜射电流IM(即偏压电流IB)会随着感测电流IS的减少而减少，因此，流过缓冲元件210的至少一部分的偏压电流IB会减少，这使得缓冲元件210的等效阻抗增加，并使得缓冲元件210的等效阻抗与驱动元件130的等效电容(包含寄生电容)所贡献的一极点被移向一较低频的位置，然而稳压器100的增益频宽于轻载(light load)时也被移向一相对更低频的位置，该极点不会落于稳压器100的增益频宽内，相位余裕仍足够，稳压器100的稳定性仍获得确保。
值得注意的是，虽然图4的实施例中，电流相依信号SI是放大器输出信号VAMP，但这并非本发明的实施限制。本领域技术人员能够了解，其它能随输出电流IOUT的改变而改变的信号也可作为电流相依信号SI，此时可调式电流源220须能依据电流相依信号SI来改变偏压电流IB。
本公开另包含一种稳压方法，是由本发明的稳压器或其等效装置来执行，该稳压方法的一实施例如图5所示，包含下列步骤：
步骤S510：依据一参考电压与一负反馈电压产生一放大器输出信号。本步骤可由前述放大器110或其等效电路来执行。
步骤S520：依据该放大器输出信号与一电流相依信号来产生一偏压电流，其中该电流相依信号随着一输出电流的改变而改变，从而该偏压电流随着该输出电流的改变而改变。本步骤可由前述可调式驱动前级120或其等效电路来执行。
步骤S530：依据该放大器输出信号输出一输出电压与该输出电流。本步骤可由前述驱动元件130或其等效电路来执行。
步骤S540：依据该输出电压产生该负反馈电压。本步骤可由前述负反馈电路140或其等效电路来执行。
由于本领域技术人员能够参酌前述装置发明的公开来了解本方法发明的实施细节与变化，亦即前述装置发明的技术特征均可合理应用于本方法发明中，因此，在不影响本方法发明的公开要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以省略。
请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域技术人员可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述多个实施例中部分或全部技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。另请注意，前述实施例中，“依据一信号以执行一操作”可以是接收该信号以执行该操作或是接收该信号的一衍生信号以执行该操作，该衍生信号例如是该信号的一加强/衰弱/延迟/反向信号，实施本发明者可依其需求来决定该衍生信号的样态。
综上所述，本发明的稳压器与稳压方法，能够适应性地随着输出电流的改变来调整频率响应，从而增加电压调节(voltage regulation)的稳定性。
虽然本发明的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡这种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种稳压器，包含：
一放大器，用来依据一参考电压与一负反馈电压产生一放大器输出信号；
一可调式驱动前级，用来依据该放大器输出信号与一电流相依信号来产生一偏压电流，其中该电流相依信号随着一输出电流的变化而变化，从而该偏压电流随着该输出电流的改变而改变；
一驱动元件，用来依据该放大器输出信号输出一输出电压与该输出电流；以及
一负反馈电路，用来依据该输出电压产生该负反馈电压。
2.如权利要求1所述的稳压器，其中该可调式驱动前级包含：
一缓冲元件，包含一第一端与一第二端，该第一端用来接收一电源电压，该第二端耦接该放大器与该驱动元件，用来接收该放大器输出信号；以及
一可调式电流源，耦接该第二端，该可调式电流源用来依据该电流相依信号来控制该偏压电流，其中该偏压电流的至少一部分流过该缓冲元件。
3.如权利要求2所述的稳压器，其中该缓冲元件是一二极管连接式金属氧化物半导体导体元件或其等效元件。
4.如权利要求2所述的稳压器，其中该可调式电流源包含：
一感测元件，用来依据该电流相依信号以产生一感测电流；以及
一电流镜，用来依据该感测电流产生一镜射电流作为该偏压电流。
5.如权利要求4所述的稳压器，其中该电流相依信号是该放大器输出信号。
6.如权利要求1所述的稳压器，其中该输出电流是相依于该输出电压与一内部电路的一等效阻抗，该输出电压被输出至该内部电路。
7.一种稳压方法，是由一稳压器来执行，该稳压方法包含：
依据一参考电压与一负反馈电压产生一放大器输出信号；
依据该放大器输出信号与一电流相依信号来产生一偏压电流，其中该电流相依信号随着一输出电流的改变而改变，从而该偏压电流随着该输出电流的改变而改变；
依据该放大器输出信号输出一输出电压与该输出电流；以及
依据该输出电压产生该负反馈电压。
8.如权利要求7所述的稳压方法，其中产生该偏压电流的步骤包含：
依据该电流相依信号产生一感测电流；以及
依据该感测电流产生一镜射电流作为该偏压电流。
9.如权利要求7所述的稳压方法，其中该电流相依信号是该放大器输出信号。
10.如权利要求7所述的稳压方法，其中该输出电流是相依于该输出电压与一内部电路的一等效阻抗，该输出电压被输出至该内部电路。
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