CN1153108C - 能吸收反馈电流的线性稳压器 - Google Patents

Abstract

一种能吸收反馈电流的线性稳压器，包括一输出端，此输出端用于提供一输出电压至一下级电路，此下级电路可将电流馈入至线性稳压器。线性稳压器包括一第一晶体管、一第一放大器、一第二晶体管与一第二放大器。当稳压器输出端的输出电压大于一特定值时，第二晶体管将导通，并抽取从该下级电路所馈入的电流。本发明的能吸收反馈电流的线性稳压器可以处理下级电路流回流的情形，而使得输出电压得以维持于系统的限制范围之内。

Description

能吸收反馈电流的线性稳压器

技术领域

本发明涉及一种能吸收反馈电流的线性稳压器(linear regular)，特别涉及可适用其下级电路会对线性稳压器馈入电流的一种能吸收反馈电流的线性稳压器。

背景技术

图1A表示传统的线性稳压器，用来输出一固定且稳定的输出电压Vout。一放大器102在正极端接收一正值的参考电压Vref，而负极端则连接至节点N1，其中节点N1为串连的电阻R1与电阻R2的连接点，电阻R2连接至接地端GND。放大器102的输出端连接至晶体管Q1的基极(base)B1。晶体管Q1的集电极(collector)C用来接收一输入电压Vin，而晶体管Q1的射电极(emitter)E1与电阻R1与电容C相连接，并用于输出一输出电压Vout。

图1B表示当图1的线性稳压器与下级电路104相连接时的动作情形。下级电路104例如是双倍数据速度的动态随机存储器(Double Data RateRandom Access Memory，DDR RAM)的输入级电路，下级电路104中的输入电阻Rin可以经由下级电路的内部等放开关105的切换连接至接地端或是连接至一固定电压V1。其中，此固定电压V1例如是来自DDR RAM的数据总线(data bus)。当输入电阻Rin连接至接地端时，图1的线性稳压器的操作情形如下：首先，当线性稳压器启动时，输出端100的输出电压Vout为0。此时，放大器102的输出为一正电压，使得晶体管Q1导通，并对电容C进行充电。而且，电流将流经电阻Rin。

然而，当输入电阻Rin连接至固定电压V1时，将有电流流经电阻Rin并回流入输出端100，并对电容C充电。此时，放大器102的输出为一正电压，使得晶体管Q1导通并对电容C进行充电。而且，电流将流经电阻Rin。

然而，当输入电阻Rin连接至固定电压V1时，将有电流流经电阻Rin并回流入输出端100，并对电容C充电。此时，电容C的电压会持续增高，并超过系统的限制。因为传统的线性稳压器只能够输出电流至下极电路104，而无法吸取下级电路馈入的电流，故而，当下级电路104馈入电流时，系统将无法继续地维持在其正常的操作模式下。

传统的用来解决下级电路馈电流的情形的电路是如图2所示。在图2中，控制器(conroller)202用来检测节点N2的电压，并通过节点N2的电压来使得晶体管Qa与Qb成导通和不导通的状态。其中，节点N2的电压对应于输出端204的输出电压Vout。同样地，输出端204连接到下级电路206。当因下级电路206将电流馈入而使得输出电压Vout升高时，控制器202将使晶体管Qb导通来降低输出电压Vout。

然而，因为电感L会限制所流过的电流的大小，而使得控制器202想经由切换晶体管Qb抽取电流的速度不够快。所以，在输出电压Vout升高，和控制器202将晶体管Qb导通的这段期间内，为了防止输出电压Vout持续升高，必须使用大电容值的电容Ca来吸取多余的能量。更进一步来说，因为电感L中所储存的能量也将会转移至电容Ca中，而对输出电压Vout造成影响。所以，电容Ca的值的必须再加大些，使电感L中的能量对电容Ca上的单位时间电流变化量较高，所以必须使用品质良好但是成本高昂的电容Ca。品质好的电容Ca所具有的串行等效电感与电阻较小，才不会使得当电容Ca有电流流过时，输出电压Vout的值亦随之增大。

所以，图2所示的传统电压必须使用品质良好且电容值大的电容Ca，因而增加了此电路的成本。同时，为了使图2的电路的效能良好，所使用的控制器202必须具有粗密控制的能力。这样，更是大幅地增加了此电路所需的成本，从而在使用上受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种能够吸收反馈电流的线性稳压器。当线性稳压器的下级电路切换至固定电压时，本发明的吸收反馈电流的线性稳压器可以处理下级电路的电流回流的情形，而使得输出电压得以维持在系统的限制范围之内。本发明仅需简单且少量的元件，以及简单的电路结构，就能达到与传统作法中相同的处理的下级电路馈入的目的。本发明不需使用到电感，故而电路的切换速度较快，效果也很好，有利于产业的应用。

根据本发明的目的，提出一种能吸收反馈电流的线性稳压器，包括一稳压器输出端，此输出端用于提供一输出电压至下级电路，此下级电路可将电流馈入至线性稳压器。线性稳压器包括：第一晶体管、第一放大器、第二晶体管和第二放大器。第一晶体管的集电极用于接收一输入电压，该第一晶体管的射电极连接至该稳压器输出端。第一放大器具有第一正极端、第一负极端和第一输出端。第一正极端是用于接收第一参考电压。第一输出端连接至第一晶体管的基极，用于控制第一晶体管。第一负极端用于接收一第一电压，此第一电压对应于输出电压。第二晶体管的集电极连接至稳压器输出端，其射电极接地。而第二放大器则具有第二正极端、第二负极端和第二输出端。第二正极端用于用于接收一第二电压，此第二电压是对应至输出电压。第二负极端用来接收第二参考电压，此第二参考电压大于第一参考电压。第二输出端连接至第二晶体管的基极，用于控制第二晶体管。其中，当第二电压大于该第二参考电压时，第二晶体管导通，并抽取从该下级电路所馈入的电流。

其中，该下级电路是可为双倍数据速度的动态随机存储器的输入级电路。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下：

附图说明

图1A是传统的线性稳压器。

图1B是图1的线性稳压器与下级电路相连接时的动作情形。

图2是传统的用于解决下级电路馈入电流的情形的电路。

图3是依照本发明一较佳实施例的一种能吸收反馈电流的线性稳压器电路图。

图4是对图3的线性稳压器改进后的电路图。

具体实施方式

图3表示依照本发明一较佳实施例的一种能吸收反馈电流的线性稳压器(linear regular)电路图。基于传统的线性稳压器，本发明还使用了一晶体管Q2与一放大器302来达到本发明的目的。晶体管Q2的集电极C2连接至晶体管Q1的射电极E1，其射电极E2接地，而基极B2则经过一电阻R3连接至放大器302的输出端。放大器302的负输入端接收一参考电压V’ref，其大小为Vref+Va，Va为一正电压值。而放大器302的正极端连接至节点N1。因为稳压器输出端304的输出电压Vout与节点N1的电压VN1的关系呈线性关系：

VN1＝(R2/(R1+R2))Vout

当节点N1的电压VN1大于参考电压V’ref时，放大器302的差分输入为正，并输出电压以使晶体管Q2导通。也就是说，当(R2/(R1+R2))Vout的值大于参考电压V’ref，即Vout大于((R1+R2)/R2)V’ref时，晶体管Q2导通。如此，Q2将吸收输出端Vout馈入的电流，而使得电容C的电压值得以维持在系统的限制范围内。

其中，Va值可以根据系统所容许的输出电压Vout的上限来设计的。举例来说，如果系统所容许的输出电压的最大值为Vmax时，则可设计V’ref＝(R2/(R1+R2))Vmax，即Vref+Va＝(R2/(R1+R2))Vmax。如此可得到Va的值，其为(R2/(R1+R2))Vmax-Vref。

为了达到短路保护避免误动作的目的，可对本发明的线性稳压器进行更进一步的设计。请参照图4，其表示改良图3的线性稳压器后的电路图。图4所示的线性稳压器还包括一短路保护电路402、一延迟电路404和一反相加速电路406。在短路保护电路402中，电阻R4分别与晶体管Q1的基极B1、晶体管Q3的集电极C3连接，电阻R5连接至晶体管Q3的基极B3与一固定电压V2之间，而电阻R6则连接晶体管O3的基极B3与射电极E3。

在正常状态下，晶体管Q3为不导通的状态。当线性稳压器的输出端有短路的情形时，输出端的输出电压Vout将下降至0。此时，晶体管Q3将会导通，而吸收晶体管Q1的基极B1的大部分电流，以达到流经晶体管Q1的目的。

举例来说，若V2等于2。1V，R5＝R6，则当输出电压下降至大约0.7时，晶体管Q3则导通。晶体管Q1的基极B1的输入电流减少，相对地使得流过晶体管集电极C1的电流减少以达到保让晶体管的Q1的目的。

另外，当本发明的线性稳压器工作时，为了使得晶体管Q2导通的时间较晶体管Q1延后，以免误动作，所以使用了延迟电路404。延迟电路404是由电阻R3与电容C所组成。电阻R3连接于放大器302的输出端与晶体管Q2的基极B2之间，而电容C’则与基极B2并联。因为电容C’的缘故，所以，当放大器302输出一正电压时，会延迟一段时间后才使得晶体管Q3导通。如此，可防止误动作的产生。

而当晶体管Q2不导通时，反相加速电路406中的二极管408将可有效的排除晶体管Q2的基极B2的电荷，以使得晶体管Q2得以迅速关闭而加速线性稳压器的反应速度。

本发明上述实施例的能吸收反馈电流的线性稳压器所需的成本很低，只需少量的元件与简单的电路结构即可解决下级电路馈入电流的问题。本发明可连接至双倍数据速度的动态随机存储器(Double Data Rate RandomAccess Memory，DDR RAM)，或者其他具有馈入电流的特性的下级电路。本发明更可达到短路保护与防止误动作产生的效果。就实行应用的情况而言，本发明的电路所需的成本约为图2中所示的传统电路的1/5，而且，经由实验结果得知，当晶体管在导通与不导通间切换时，本发明的电路的电流稳定度优于图2的传统电路。故而，因为本发明所需的成本低，而且效果佳，在产业应用上极具成本优势。

综上所述，虽然本发明已公开了较佳实施例，然其并非用于限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与替换，应被视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种能吸收反馈电流的线性稳压器(linear regular)，其特征在于，包括一稳压器输出端，该输出端用于提供一输出电压至一下级电路，该下级电路可将电流馈入至该线性稳压器，该线性稳压器包括：

一第一晶体管，该第一晶体管的集电极用于接收一输入电压，该第一晶体管的射电极连接至该稳压器输出端；

一第一放大器，具有一第一正极端、一第一负极端和一第一输出端，该第一正极端用于接收一第一参考电压，该第一输出端是连接至该第一晶体管的基极，用于控制该第一晶体管，该第一负极端用于接收一第一电压，该第一电压是对应至该输出电压；

一第二晶体管，该第二晶体管的集电极连接至稳压器输出端，其射电极接地；以及

一第二放大器，具有一第二正极端、一第二负极端与一第二输出端，该第二正极端用于接收一第二电压，该第二电压是对应至该输出电压，该第二负极端用于接收一第二参考电压，该第二参考电压大于该第一参考电压，该第二输出端连接至该第二晶体管的基极，用于控制该第二晶体管，其中，当该第二电压大于该第二参考电压时，该第二晶体管导通，并抽取从该下级电路所馈入的电流。

2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，该第一电压与该第二电压相等。

3.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，该线性稳压器还包括一短路保护电路，其包括一第三晶体管与一偏压电路，该第三晶体管的集电极与该第一晶体管的基极相连并连接至第一放大器的第一输出端，该第三晶体管的射电极与该稳压器输出端相连接，第三晶体管的基极与该偏压电路连接，当该稳压器输出端短路时，该第二晶体管导通，并使流入该第一电路的电流减少。

4.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，该线性稳压器还包括一延迟电路，该延迟电路与该第二输出端和该第二晶体管相连，该延迟电路包括一电阻与一电容，该电容一端与该电阻及该第二晶体管的基极连接，另一端接地，当该第二放大器输出一正电压时，将延迟一特定时间后，才使该第二晶体管导通。

5.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，该线性稳压器还包括一反相加速电路，该反相加速电路与该第二输出端与该第二晶体管的基极相连，该反相加速电路包括一个二极管，当该第二晶体管不导通时，该二极管将排除第二晶体管中的电荷，以使得第二晶体管得以迅速关闭而加速该线性稳压器的反应速度。

6.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，该下级电路是一个双倍数据速度的动态随机存储器。

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