CN118068899A - 稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳压器，其包括偏压产生电路与翻转电压跟随器，其中所述偏压产生电路用来产生偏压，且所述翻转电压跟随器用来根据所述偏压与供应电压以产生输出电压。所述翻转电压跟随器包括第一P型晶体管与第一N型晶体，其中所述第一P型晶体管用来在栅极接收所述偏压以在源极产生输出电压；所述第一N型晶体管的漏极连接至所述供应电压，所述第一N型晶体管的源极连接至所述第一P型晶体管的源极，且所述第一N型晶体管的栅极接收驱动信号以用来补偿所述输出电压。通过本发明，稳压器可以具有好的负载响应、负载调节或电源抑制比。

Description

稳压器

技术领域

本发明涉及了基于翻转电压跟随器(Flipped Voltage Follower，FVF)架构的稳压器(regulator)。

背景技术

由于翻转电压跟随器具有高的输出电流能力(sourcing ability)和小的输出阻抗，翻转电压跟随器被广泛地应用在稳压器的设计中。然而，目前基于翻转电压跟随器架构的稳压器具有较差的负载响应、负载调节(load regulation)及电源抑制比(Power SupplyRejection，PSR)的问题，因此，如何设计出一种具有较佳效能的稳压器是一个重要的课题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提出一种具有较佳效能的稳压器，以解决现有技术中所述的问题。

在本发明的一个实施例中，公开了一种稳压器，其包括一偏压产生电路与一翻转电压跟随器，其中所述偏压产生电路用来产生一偏压，且翻转电压跟随器用来根据所述偏压与一供应电压以产生一输出电压。此外，所述翻转电压跟随器包括一第一P型晶体管与一第一N型晶体，其中所述第一P型晶体管用来在栅极接收所述偏压以在源极产生所述输出电压；所述第一N型晶体管的漏极连接至所述供应电压，所述第一N型晶体管的源极连接至所述第一P型晶体管的源极，且所述第一N型晶体管的栅极接收一第一驱动信号以用来补偿所述输出电压。

在本发明的一个实施例中，公开了一种稳压器，其包括一偏压产生电路与一翻转电压跟随器，其中所述偏压产生电路用来产生一偏压，且翻转电压跟随器用来根据所述偏压与一供应电压以产生一输出电压。此外，所述翻转电压跟随器包括一第一P型晶体管、一第一晶体管与一第二晶体管，其中所述第一P型晶体管用来在栅极接收所述偏压以在源极产生所述输出电压；所述第一晶体管连接于一供应电压与所述P型晶体管的源极之间，且所述第一晶体管接收一第一驱动信号以补偿所述输出电压；及所述第二晶体管连接于所述供应电压与所述P型晶体管的源极之间，且所述第一晶体管接收一第二驱动信号以补偿所述输出电压。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的稳压器的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100 稳压器

110 偏压产生电路

112 运算放大器

120 翻转电压跟随器

C1、C2 电容

CL 负载电容

I1、I2 电流源

MN1、MN2、MN3、 N型晶体管

MN4

MP1、MP2 P型晶体管

N1 端点

R1 电阻

VCCA 供应电压

Vref 参考电压

Vm 电压

Vs 偏压

Vout 输出电压

V_slow、V_fast 驱动信号

具体实施方式

图1为根据本发明一实施例的稳压器100的示意图，其中稳压器用来接收一供应电压VCCA后产生一输出电压Vout。如图1所示，稳压器100包含了一偏压产生电路110与一翻转电压跟随器120，其中偏压产生电路110包含了一运算放大器112、一P型晶体管MP1；一电容C2及一电流源I1；翻转电压跟随器120包含了四个N型晶体管MN1、MN2、MN3、MN4、一个P型晶体管MP2、一电阻R1、一电容C1、一负载电容CL及一电流源I2。

关于偏压产生电路110，运算放大器112的正输入端点用来接收一参考电压Vref、运算放大器112的负输入端点连接至输出端点；P型晶体管MP1的源极连接至运算放大器112的输出端点、漏极连接至电流源I1；电容C2连接与P型晶体管MP1的栅极与接地电压之间。在偏压产生电路110的操作中，运算放大器112接收参考电压Vref以在输出端点产生一电压Vm，而P型晶体管MP电压Vm以及电流源I1所提供的固定电流，以产生偏压Vs。

需要注意的是，偏压产生电路110的详细电路架构只是作为范例说明，而并非是作为本发明的限制条件。在其他的实施例中，只要可以产生一个固定的偏压Vs，偏压产生电路110可以具有不同的电路设计。

关于翻转电压跟随器120，P型晶体管MP2的栅极接收偏压产生电路110所产生的偏压Vs；N型晶体管MN1的漏极连接至电流源I2、且源极连接至接地电压；N型晶体管MN2的漏极连接至P型晶体管MP2的漏极、源极连接至接地电压、且栅极连接至N型晶体管MN1的栅极；N型晶体管MN3的漏极连接至供应电压VCCA、源极连接至P型晶体管MP2的源极、且栅极通过电阻R1与电容C1连接至端点N1；N型晶体管MN4的漏极连接至供应电压VCCA、源极连接至P型晶体管MP2的源极、且栅极连接至端点N1；负载电容CL连接于N型晶体管MN3/MN4的源极与接地电压之间。在翻转电压跟随器120的操作中，P型晶体管MP2接收偏压Vs以使得翻转电压跟随器120产生输出电压Vout，其中理想上输出电压Vout会很接近电压Vm。此外，P型晶体管MP2作为共栅放大器，而若是输出电压Vout因为后端的负载突然增加而产生一个很小的变化，这一变化将被放大到P型晶体管MP2的漏极，之后再通过N型晶体管MN1、MN2所产生的驱动信号来控制N型晶体管MN3、MN4，以对输出电压Vout进行补偿。

在图1的实施例中N型晶体管MN3、MN4是作为功率晶体管(power metal-oxidesemiconductor)，而通过使用N型晶体管MN3、MN4是作为功率晶体管，可以具有快速的负载响应，以快速地对输出电压Vout进行补偿。此外，翻转电压跟随器120中采用了两个N型晶体管MN3、MN4来作为功率晶体管，且这两个N型晶体管MN3、MN4是采用不同的速度的两个驱动信号来进行驱动，例如当端点N1的电压产生变动时，所产生驱动信号V_fast会控制N型晶体管MN4以立刻对输出电压Vout进行补偿，而驱动信号V_fast在经过电阻R1与电容C1的延迟之后会产生较慢的驱动信号V_slow以控制N型晶体管MN3。具体来说，翻转电压跟随器120具有两个极点(低频极点)以及一个零点，其中第一个极点为(1/(rmn1*C1))，第二个极点为(1/(rout*CL))，且零点为(1/(R1*C1)*(1+gmn3/gmn4))，其中rmn1为N型晶体管MN1的输出阻抗，rout为翻转电压跟随器120的输出阻抗，gmn3为N型晶体管MN3的转导值，且gmn4为N型晶体管MN4的转导值。在本实施例中，零点的位置可以通过调整N型晶体管MN3、MN4在大小上的比例来进行调整，而通过可以灵活调整位置的零点可以用来补偿位于翻转电压跟随器120的输出端点的第二个极点。此外，由于第一个极点位于N型晶体管MN3、MN4的栅极，因此，可以增加N型晶体管MN3、MN4在栅极的输出阻抗，也可以增加增益与降低负载调节，且不会影响整体回路的稳定性。

此外，通过在N型晶体管MN3的栅极设置电容C1，可以让驱动信号V_slow比较不会受到电源的干扰，而提高了电源抑制比。

另一方面，本实施例的N型晶体管MN2是采用二极管接法的晶体管(diode-connected MOS)，即N型晶体管MN2的栅极连接至漏极，而非是产生固定电流的电流源。因此，通过电流源I1与N型晶体管MN1的搭配，N型晶体管MN2具有较好的抽取电流能力(sinking ability)，以在输出电压Vout发生过冲(overshoot)现象时可以快速地进行补偿。

在本发明的另一个实施例中，电阻R1与电容C1可以被替换为任何可以延迟信号的延迟电路，只要延迟电路可以对驱动信号V_fast进行延迟以产生驱动信号V_slow即可。

在本发明的另一个实施例中，翻转电压跟随器120可以只具有一个功率晶体管，即图1所示的N型晶体管可以自翻转电压跟随器120中移除。

在本发明的另一个实施例中，N型晶体管MN2可以并非是采用二极管接法的晶体管，而可以是任何其他适合的电流源。

在本发明的另一个实施例中，翻转电压跟随器120中功率晶体管可以不需要是N型晶体管，即图1所示的N型晶体管MN3、MN4可以被替换为P型晶体管。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稳压器，包括：

偏压产生电路，用来产生偏压；及

翻转电压跟随器，用来根据所述偏压与供应电压以产生输出电压，其中所述翻转电压跟随器包括：

第一P型晶体管，用来在栅极接收所述偏压以在源极产生所述输出电压；及

第一N型晶体管，其中所述第一N型晶体管的漏极连接至所述供应电压，所述第一N型晶体管的源极连接至所述第一P型晶体管的源极，且所述第一N型晶体管的栅极接收第一驱动信号以用来补偿所述输出电压。

2.如权利要求1所述的稳压器，其中所述翻转电压跟随器另外包括：

第二晶体管，其中所述第二N型晶体管的漏极连接至所述供应电压，所述第二N型晶体管的源极连接至所述第一P型晶体管的源极，且所述第一N型晶体管的栅极接收第二驱动信号以用来补偿所述输出电压。

3.如权利要求2所述的稳压器，其中所述翻转电压跟随器另外包括：

延迟电路，用来对所述第二驱动信号进行延迟操作以产生所述第一驱动信号。

4.如权利要求3所述的稳压器，其中所述延迟电路包括：

电阻；及

电容，其中所述电容的一个端点连接至所述电阻与所述第一N型晶体管的栅极，且所述电容的另一个端点连接至接地电压。

5.如权利要求1所述的稳压器，其中所述翻转电压跟随器另外包括：

第三N型晶体管，其中所述第三N型晶体管的漏极连接至第一P型晶体管的漏极，且第三M型晶体管的漏极连接至栅极；

第四N型晶体管，其中所述第四N型晶体管的栅极连接至所述第三N型晶体管的栅极，且第四N型晶体管在漏极产生第一驱动信号；及

电流源，连接至第四N型晶体管的漏极。

6.如权利要求1所述的稳压器，其中所述偏压产生电路包括：

第二P型晶体管，其中所述第二P型晶体管的源极接收电压，所述第二P型晶体管的漏极连接至接地电压，且所述第二P型晶体管的栅极用来产生所述偏压至所述翻转电压跟随器。

7.一种稳压器，包括：

偏压产生电路，用来产生偏压；及

翻转电压跟随器，用来根据所述偏压与供应电压以产生输出电压，其中所述翻转电压跟随器包括：

第一P型晶体管，用来在栅极接收所述偏压以在源极产生所述输出电压；

第一晶体管，其中所述第一晶体管连接于供应电压与所述P型晶体管的源极之间，且所述第一晶体管接收第一驱动信号以补偿所述输出电压；及

第二晶体管，其中所述第二晶体管连接于所述供应电压与所述P型晶体管的源极之间，且所述第一晶体管接收第二驱动信号以补偿所述输出电压。

8.如权利要求7所述的稳压器，其中所述翻转电压跟随器另外包括：

延迟电路，用来对所述第二驱动信号进行延迟操作以产生所述第一驱动信号。

9.如权利要求8所述的稳压器，其中所述延迟电路包括：

电阻；及

电容，其中所述电容的一个端点连接至所述电阻与所述第一晶体管的栅极，且所述电容的另一个端点连接至接地电压。

10.如权利要求7所述的稳压器，其中所述偏压产生电路包括：

第二P型晶体管，其中所述第二P型晶体管的源极接收电压，所述第二P型晶体管的漏极连接至接地电压，且所述第二P型晶体管的栅极用来产生所述偏压至所述翻转电压跟随器。