CN1417656A - 电压调节器 - Google Patents

Abstract

为了提供一种即使当调节器在高温和外部负载阻抗大的情况下使用时能够安全关断的电压调节器。提供了一种电压调节器，包括能够把输出电压端和参考端之间的电位差进行分压的分压器电路，其中当分压器电路输入开信号时，分压器电路在输出电压端和参考电压端之间输出一个恒定的电压，并且其中当分压器电路输入关信号时，分压器电路能够减小其阻抗。

Description

电压调节器

技术领域

本发明涉及一种电压调节器。

背景技术

常规的电压调节器将参考附图进行说明。

图2是显示常规电压调节器结构例的电路方框图。

如图2所示，电压调节器201包括由输入电压端102，接地端103，输出电压端104，以及开/关端110组成的外部接线端。电压调节器201还包括能输出恒定电压的参考电路105，能以适当的比率分配输出电压端104的电压的分压器电路206，通过相互比较两个输入电压来调节输出电压的误差放大电路107，能调节阻抗的输出电路108，能控制参考电压电路105和误差放大电路107工作的逻辑电路109。在图2中，分压器电路206是由电阻221和电阻222组成。

当从开/关端110输入一个开信号时，逻辑电路109向参考电压电路105和误差放大电路107发送一个信号，并且使输出电路108调节阻抗以便使误差放大电路107保持从分压器电路206输入的电压以便与从参考电压电路105来的输入电压相等。因此，即使在输入电压波动时，电压调节器201也能保持输出电压端104为一个恒定的电压。

另一方面，当从开/关终端110上输入一个关信号时，逻辑电路109向参考电压电路105和误差放大电路107发送一个信号，并且调节误差放大电路107以便使输出电路108的阻抗增大。因此，输出电压端104的电压通过分压器电路206的阻抗被拉低到接地端103，并且电压调节器201能够保持接地端103的电压。

输出电压端104取决于预期的用途与多种外部负载111例如CPU或者微机相连。并且，为了稳定输出电压端104的电压，电压调节器201在使用时通常与输出电容器112相连。

如上所述，在常规电压调节器201中，当信号处于关状态，输出电压端104通过分压器电路206的阻抗被拉低到接地端103。因此，在由于外部负载111的阻抗增大和集成电路的温度升高导致输出电路108的漏电流增大的情况下，输出电压端104的电压就不会被拉低到接地端103的电压。结果，就产生了电压调节器201不能被关断的问题。

下面描述由于外部负载111的阻抗增大和集成电路的温度增高导致输出电路108的漏电流增大的简单例子。

当信号处于关状态，输出电压端104的电压由下述表达式(1)表示。

VOUT＝ILEAK×(ROUT1//ROUT2)  …(1)

其中VOUT是输出电压端108的电压(V)，ILEAK是输出电路108的漏电流(A)，ROUT1是分压器电路206的阻抗(Ω)，ROUT2是外部负载111的阻抗(Ω)，并且(ROUT1//ROUT2)是ROUT1和ROUT2的并联组合阻抗(Ω)。

例如，在ILEAK＝1μA(最大假设漏电流值)，ROUT1＝3MegΩ，并且ROUT2＝∞的情况下，从表达式(1)满足下述表达式：

VOUT＝1μA×3MegΩ＝3V       …(2)

在这个例子中，在电压调节器201的输出电压是3V的情况下，在上述情况下，在开和关状态能获得相同的电压。即，电压调节器不能被关断。

当电压调节器201不能被关断时，外部负载111继续浪费地消耗电能。即，产生了使用常规电压调节器的系统的电能消耗增加的问题。

发明内容

本发明已经消除常规技术的上述问题，因此本发明的目的是提供一种不消耗无用电能的电压调节器。

为了达到上述目的，根据本发明提供了一个当电压调节器将要关断时，能够根据从逻辑电路来的信号减小分压器电路的阻抗，并能将输出电压拉低到接地端的电压调节器。

在根据本发明的电压调节器中，设置了当从逻辑电路发送关信号时，分压器的阻抗变小的分压器。因此，当电压调节器关断时对输出电压端的拉低变强。因此，即使当输出电路的漏电流由于高温而增大，并且外部负载的阻抗大时，输出电压端的电压也能够被拉低到接地端的电压附近来关断电压调节器。

附图说明

本发明的这些和其它的目的和优点将会在下述结合附图的详细说明中变得更加全面地明显。

图1是显示根据本发明的电压调节器的一个结构例的电路方块图。

图2是显示常规电压调节器的一个结构例的电路方框图。

图3是显示根据本发明的电压调节器的另一个结构例的电路方块图。

图4是显示根据本发明的电压调节器的又另一个结构例的电路方块图，以及

图5是显示根据本发明的电压调节器的又另一个结构例的电路方块图。

具体实施方式

现在，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1是显示根据本发明的电压调节器的一个结构例的电路方块图。在电压调节器101中，常规分压器电路206被分压器电路106代替。其它的结构元件和图2所示的常规电压调节器的结构元件相同。

当输入来自逻辑电路109响应输入到开/关端110的开/关信号的信号时，分压器电路106能够改变阻抗ROUT1。在一个开信号被输入到开/关终端110上的情况下，分压器电路106增大其阻抗，以适当的比率分配输出电压端104的电压并且将分配的电压输出到误差放大电路107。这样，电压调节器101向输出电压端104输出一个恒定的电压。

另一方面，在一个关信号被输入到开/关端110上的情况下，分压器电路106减少其阻抗并且能够将输出电压端104拉低到接地端103，在这种情况下，例如，将分压器电路106的阻抗ROUT1设置成小到3KΩ。

在这种情况下，即使如常规技术在输出电路108中产生1μA的漏电流时，从表达式(1)满足下述表达式：

VOUT＝1μA×3KΩ＝3mV        …(3)

即，即使输出电路108的漏电流因为高温而增大，并且外部负载111的阻抗大时，电压调节器101也能够保持关断的关状态。

在这个例子中，关状态不总是与接地端103自身的电压一致。电压可以低于作为外部负载111连接的并且根据预期的用途变化的微机或类似装置的操作电压。从通用产品的观点，如果电压被设置成100mV或者更低，由于被当作外部负载111连接的集成电路除非在特定的情况下并不工作，电压调节器101良好地关断。因此，表达式(3)中的3mV是足够关断的。

如上所述，即使电压调节器101应用在高温，并且外部负载111的阻抗大的环境下，根据本发明的电压调节器101也能够关断而不会有任何问题。由于上述原因，在关操作期间，外部负载111不消耗必需以外的能源，并且实现了节省使用电压调节器101的系统的能源消耗。

在这个例子中，即使外部负载111或者输出电容器112变化时，分压器电路106在关状态时的阻抗能够根据各自的预期应用自由设定。并且，如果分压器电路106以在关状态时减少阻抗的结构构造，实施例的效果可以实现而不管内部电路的结构。

接下来将详细描述在电压调节器中的分压器电路的第一结构例。

图3是显示根据本发明的电压调节器的结构例的电路方块图。

在电压调节器301中，分别地，参考电压电路105被参考电压电路305代替，分压器电路106被分压器电路306代替，误差放大电路107被误差放大电路307代替，输出电路108被输出电路308代替，以及逻辑电路109被逻辑电路309代替。虽然与图1的参考标号不同，其它的结构元件与图1所示的电压调节器相同。

逻辑电路309由具有滞后的反相器351组成。当输入电压端102的电压(以后称为“Hi”)作为开信号输入到开/关端110上时，逻辑电路输出接地端103的电压(以后称作“Lo”)。

另一方面，当Lo作为关信号输入到开/关端110上时，逻辑电路309输出Hi。

参考电压电路305通过使用增强型NMOS晶体管311和耗尽型NMOS晶体管312输出一个恒定的电压。增强型PMOS晶体管313和增强型NMOS晶体管314接收从逻辑电路309来的信号，并且通过开信号Lo的输入，增强型PMOS晶体管313导通并且增强型NMOS晶体管314截止，因此从参考电压电路305输出一个恒定的电压。

另一方面，通过关信号Hi的输入，增强型PMOS晶体管313截止并且增强型NMOS晶体管314导通，因此从参考电压电路305输出Lo。

误差放大电路307由误差放大器331，增强型NMOS晶体管332，增强型PMOS晶体管333和反相器334组成。反相器334接收从逻辑电路309来的信号，并且当反相器334接收开信号Lo时，反相器334输出Hi，增强型NMOS晶体管332导通并且强型PMOS晶体管333截止，因此误差放大器331调节输出电路308的阻抗以便使从参考电压电路305来的输出电压与从分压器电路306来的输出电压保持相等。结果，从输出电压端104输出一个恒定的电压而不依赖输入电压端102。

另一方面，当在反相器334上输入关信号Hi时，它输出Lo，增强型NMOS晶体管332截止并且强型PMOS晶体管333导通，因此误差放大器331变成备用状态从而抑止能量的消耗，并且误差放大电路307的输出被拉高到Hi。因为输出电路308是由增强型PMOS晶体管341组成，当输出电路308输入Hi时，输出电路308的阻抗增大。结果，输出电压端104由于分压器电路306被拉低到Lo。

在分压器电路306中，加入第二电阻323和增强型NMOS晶体管324以便与分压器电路206相互并联。增强型NMOS晶体管324接收从逻辑电路309来的信号，并且当在增强型NMOS晶体管324上输入开信号Lo时，它截止，并且分压器电路306的阻抗ROUT1增大以便输出电压端104的电压能够按照第一电阻221和电阻222的比率分配。

另一方面，当在增强型NMOS晶体管324上输入开信号Hi时，它导通，并且分压器电路306的阻抗ROUT1变成(电阻221+电阻222)//电阻323。此时，如果电阻323的阻抗值设置成比电阻221+电阻222足够小，分压器电路306的阻抗ROUT1就可以被看成主要是电阻323的电阻。例如，在输出电路308的高温漏电流是1μA，并且电阻221+电阻222为3MegΩ，电阻323为3KΩ的情况下，电压调节器301在关断时同样由表达式(3)能够被拉低到3mV。

因此，即使输出电路308的漏电流在高温时增大，并且外部负载111的阻抗大时，根据本实施例的电压调节器301也能保持在关状态。

并且，由于设置了电阻323，在关断时从输出电容器112流向增强型NMOS晶体管324的电流值能够被调节。因此，通过电压调节器301一关断就允许大电流流过来防止增强型NMOS晶体管324被击穿。

并且，电阻323和输出电容器112的阻抗可以调节以便可以调节电压调节器301的关闭速度，这样，本发明能够适用于多种应用中。

在如图3所示的这个例子中，电阻323连接在增强型NMOS晶体管324的漏极端和输出电压端104之间，如果电阻323放置在输出电压端104和接地端103之间并且与增强型NMOS晶体管324串联也能获得同样的效果。

即使当参考电压电路305和误差放大电路307由执行相同操作的其它电路构造，也能获得本发明的效果。

接下来将详细描述根据本实施例的电压调节器的分压器电路的第二结构例。

图4是显示根据本发明的电压调节器的又另一结构例的电路方框图。

在电压调节器401中，分压器电路306被分压器电路406代替。其它结构元件与图3所示的电压调节器的那些结构元件相同。

在分压器电路406中，电阻222和电阻323被电阻422和第四电阻423代替，并且增强型NMOS晶体管324的漏极端连接在电阻422和电阻423之间。在这个例子中，电阻422和电阻221被称作“第三电阻”。

在这个例子中，在电压分配电路406中将电阻被设置成由下述表达式(4)和(5)表示。

电阻422+电阻423＝电阻222    …(4)

电阻423＝电阻323            …(5)

由于这样设置，当电压调节器401开的时候，分压器电路406的电压分配比率与第一个结构例中的分压器电路306的电压分配比率相同。此外，由于电阻423的阻抗如图3所示的电阻323被设置成小，即使当输出电路308的漏电流在高温时增大，电压调节器401也能象电压调节器301一样关断而不出现任何问题的。

此外，在分压器电路406中，在关断时，由于下拉是从电压分配电阻的任意中间的点进行的，电阻423能够在开状态时用作分压的功能并且在关状态时用作下拉的功能。因此，与电压调节器301相比，电压调节器401能够减少电阻323大小的电路面积。没有必要说明的是电阻422和电阻423可以根据预期的用途进行自由调节。

在这个例子中，参考图4，电阻423连接在增强型NMOS晶体管324的漏极端和输出电压端104之间。如图5所示，电阻523代替电阻423连接在增强型NMOS晶体管324的源极端和接地端108之间。即使将分压器电路506的阻抗设置成由下述表达式(6)和(7)所表示的，也会获得同样的效果。

电阻523＝电阻323             …(6)

电阻523+电阻521＝电阻221     …(7)

在这个实施例中，公开了基于GND的正电压输出电压调节器。然而，即使使用负电压输出电压调节器和基于VDD的电压调节器也能获得同样的效果。

这个实施例中也公开了CMOS晶体管电路。然而，很明显，双极晶体管电路和其它电路类型也适用于本发明，并且本发明不局限于这个

实施例或受其限制。

如上所述，在根据本发明的电压调节器中，由于当电压调节器关闭时分压器电路的阻抗减小，即使在高温和外部负载阻抗大的情况下电压调节器也能够关断而不会有任何问题。由于上述原因，外部负载不会浪费地消耗能源，并且节省使用本发明的电压调节器的系统的能源损耗。并且适当的对阻抗的调节能够防止当允许大电流从输出电容器拉低的晶体管中流过时电压调节器的损坏。此外，通过调节下拉电阻的阻抗和输出电容器可以自由地调节关断速度，并且本发明可以适应于多种应用。而且，由于下拉是在组成分压器电路的电压分配电阻的任意中间的点进行的，相同的电阻能够在开时具有电压分配的功能并且在关时具有下拉功能，因此能够减小电路面积。

前面对于本发明的优选实施例的描述是为了举例和说明。并不想将发明穷尽或限制在所公开的精确形式上，并且可以按照上述的讲授或发明的实践获得修改和变化。实施例被选择和描述用来解释发明的原理和它的实践应用来使一个本领域的技术人员能够在多种实施例及带有适用于特定的预期使用的多种修改中利用本发明。发明的范围由附属的权利要求及其等效物限定。

Claims (3)

1.一种电压调节器，包括能够把输出电压端和参考端之间的电位差进行分压的分压器电路，

其中当所述的分压器电路输入开信号时，分压器电路在输出电压端和参考电压端之间输出一个恒定的电压，并且

其中当所述的分压器电路输入关信号时，分压器电路能够减小阻抗。

2.如权利要求1所述的电压调节器，其中所述的分压器电路包括把输出电压端和参考端之间的电位差进行分压的第一电阻，具有电阻值小于第一电阻的第二电阻，以及一个当输入关信号时导通的晶体管，并且

其中晶体管与第二电阻串联，并且第一电阻、第二电阻和晶体管相互并联。

3.如权利要求1所述的电压调节器，其中所述分压器电路包括第三电阻和把输出电压端和参考端之间的电位差进行分压的第四电阻，以及一个当输入关信号时输入开信号的晶体管，

其中晶体管与第三电阻并联，并且第三电阻和第四电阻相互串联。

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