CN2876858Y

CN2876858Y - 线性电压调节器

Info

Publication number: CN2876858Y
Application number: CN 200520107249
Authority: CN
Inventors: 田雅德; 陈勇志
Original assignee: YUANCHUANG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2015-09-13

Abstract

线性电压调节器具有调节晶体管，其第一信道电极接收输入电压源而第二信道电极提供输出电压。调节晶体管的控制电极是由误差放大电路基于输出电压的反馈信号与参考电压间的比较所控制的。耦合于输入电压源的事件侦测电路可以侦测到输入电压源的瞬间变化。响应于所测得的瞬间变化，使能控制电路产生使能信号，用于决定电压限制电路的有效操作时间。在该有效操作时间内，第一信道电极与控制电极间的电位差受限于预定的限制电压内，以避免调节晶体管的操作状态剧烈地变动。

Description

线性电压调节器

技术领域

本实用新型涉及一种线性电压调节器，尤其涉及一种在输入源发生瞬间变化时仍能有效控制输出电压的线性电压调节器。。

背景技术

图1(A)显示已知的线性电压调节器10的电路图。线性电压调节器10主要是由调节晶体管11、电压反馈电路12、和误差放大电路13所构成的反馈控制回路。电压反馈电路12典型上是通过串联电阻R1与R2所形成的分压电路来实施，用于产生反馈信号V_fb，作为输出电压V_out的代表。基于反馈信号V_fb与预定的参考电压V_ref间的比较，误差放大电路13产生误差信号V_err。随后，误差信号V_err施加到调节晶体管11的控制电极。调节晶体管11的第一信道电极接收输入电压源V_in，而第二信道电极提供输出电压V_out到负载14。通过误差信号V_err适当地控制调节晶体管11的电流信道导通状态，故能有效地维持输出电压V_out于所期望的调节值并供应所需要的负载电流。

不幸地，当输入电压源V_in发生瞬间变化时，调节晶体管11的操作状态亦发生剧烈地变动，导致输出电压V_out偏离调节值且造成震荡现象。参照图1(B)，假设在时间T0时，输入电压源V_in瞬间变大，则因为调节晶体管11的源极连接于输入电压源V_in，所以调节晶体管11的源极与栅极间的电位差V_sg随之同步瞬间变大。突然变大的源极栅极间电位差V_sg迅速提高了调节晶体管11的导通程度，因而引起流经调节晶体管11的信道电流I_q陡增。此种多余的信道电流I_q将转而对输出电容C_out充电，导致输出电压V_out上升。虽然通过误差放大电路13的反馈控制，输出电压V_out终究会恢复到所设定的调节值，例如时间T1所示，然而输出电压V_out的剧烈变化与长时间的震荡等缺点均无法满足许多应用规格的要求。

同样地，假设在时间T2时，输入电压源V_in瞬间变小，则调节晶体管11的源极与栅极间的电压V_sg随之同步瞬间变小。突然变小的源极栅极间电压V_sg抑制了调节晶体管11的导通程度，甚至完全关闭电流信道而造成流经调节晶体管11的信道电流I_q迅速降低到零。在此情况下，输出电容C_out必须放电以便补足负载电流的需求，导致输出电压V_out下降。虽然通过误差放大电路13的反馈控制，输出电压V_out终究会恢复到所设定的调节值，例如时间T3所示，然而输出电压V_out的剧烈变化与长时间的震荡等缺点均无法满足许多应用规格的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种线性电压调节器，可在输入源发生瞬间变化时避免调节晶体管的操作状态剧烈地变动，因而有效地改善输出电压的调节稳定度。

根据本实用新型的线性电压调节器包括调节晶体管、反馈电路、误差放大电路、事件侦测电路、使能控制电路、以及电压限制电路。调节晶体管具有控制电极、第一信道电极，以及第二信道电极。该第一信道电极连接到输入电压源而该第二信道电极提供输出电压。反馈电路产生一个反馈信号，其代表该输出电压。基于该反馈信号与预定的参考电压间的比较，误差放大电路产生误差信号，用于控制该控制电极。事件侦测电路耦合于该输入电压源，用于产生事件信号，其指示该输入电压源的瞬间变化事件。响应于该事件信号，使能控制电路产生使能信号。响应于该使能信号，电压限制电路限制该第一信道电极与该控制电极间的电位差。

通过本实用新型提供的线性电压调节器，可在输入源发生瞬间变化时避免调节晶体管的操作状态剧烈地变动，因而有效地改善输出电压的调节稳定度。

附图说明

图1(A)显示已知的线性电压调节器的电路图；

图1(B)显示已知的线性电压调节器的操作波形时序图；

图2(A)显示根据本实用新型的线性电压调节器的电路图；

图2(B)显示根据本实用新型的上侧限制单元的电路图；

图2(C)显示根据本实用新型的下侧限制单元的电路图；

图3显示根据本实用新型的线性电压调节器的操作波形时序图。

具体实施方式

下文中的说明与附图将使本实用新型的上述与其它目的、特征、与优点更明显。现在将参照附图详细说明根据本实用新型的优选实施例。

图2(A)显示根据本实用新型的线性电压调节器20的电路图。线性电压调节器20主要是由调节晶体管21、电压反馈电路22、误差放大电路23所构成的反馈控制回路。电压反馈电路22典型上是通过串联电阻R1与R2所形成的分压电路来实施，用于产生反馈信号V_fb，作为输出电压V_out的代表。基于反馈信号V_fb与预定的参考电压V_ref间的比较，误差放大电路23产生误差信号V_err。随后，误差信号V_err施加到调节晶体管21的控制电极。调节晶体管21的第一信道电极接收输入电压源V_in，而第二信道电极提供输出电压V_out到负载24。通过误差信号V_err适当地控制调节晶体管21的电流信道导通状态，故能有效地维持输出电压V_out于所期望的调节值并供应所需要的负载电流。

为了降低输入电压源V_in发生瞬间变化时对于调节晶体管21所造成的冲击，根据本实用新型的线性电压调节器20设置有事件侦测电路25、使能控制电路26、以及电压限制电路27。事件侦测电路25用于侦测输入电压源V_in的瞬间变化事件，并产生事件信号DT。响应于事件信号DT，使能控制电路26产生第一使能信号S1与第二使能信号S2，用于决定电压限制电路27的有效操作时间。由于输入电压源V_in的瞬间变化直接影响调节晶体管21的源极栅极间电位差V_sg，故电压限制电路27在有效操作时间内使调节晶体管的源极与栅极间电位差V_sg受限于预定的限制电压内，防止调节晶体管21的操作状态剧烈地变动。

具体而言，事件侦测电路25由电容C_s、放电电流源I1、以及充电电流源I2所构成。电容C_s的第一端是连接于输入电压源V_in。放电电流源I1经由电流镜M与电阻R而连接于电容C_s的第二端。充电电流源I2则并联于电容C_s。当输入电压源V_in发生瞬间变化时，由于跨于电容C_s两端的电位差无法发生不连续的变化，故电容C_s的第二端的电位亦随同第一端的输入电压源V_in。发生瞬间变化。因此，从电容C_s的第二端可以得到所期望的事件信号DT。在电容C_s的第二端的电压瞬间变大后，放电电流源I1可使第二端的电压逐渐下降而回复到预定的基本稳态值BV。在电容C_s的第二端的电位瞬间变小后，充电电流源I2可使第二端的电位逐渐上升而回复到该预定的基本稳态值BV。在实施例中，放电电流源I1所提供的电流设计成充电电流源I2的两倍大。

使能控制电路26具有第一比较器26a与第二比较器26b。基于事件信号DT与预定的第一触发电压V_t1间的比较，第一比较器26a产生第一使能信号S1。基于事件信号DT与预定的第二触发电压V_t2间的比较，第二比较器26b产生第二使能信号S2。第一触发电压V_t1设计成大于该预定的基本稳态值BV，而第二触发电压V_t2则设计成小于该预定的基本稳态值BV。因此，当输入电压源V_in瞬间变大时，第一比较器26a可受到触发而产生第一使能信号S1，而当输入电压源V_in瞬间变小时，第二比较器26b可受到触发而产生第二使能信号S2。

电压限制电路27具有上侧限制单元27a与下侧限制单元27b。第一使能信号S1决定上侧限制单元27a的有效操作时间，而第二使能信号S2则决定下侧限制单元27b的有效操作时间。

图2(B)显示根据本实用新型的上侧限制单元27a的电路图。参照图2(B)，上侧限制单元27a主要包括开关单元G1，可由晶体管或传输闸所构成，以及限制单元，可由晶体管Q1所构成。开关单元G1由第一比较器26a所产生的第一使能信号S1决定导通与否。当开关单元G1尚未导通而处于断路状态时，调节晶体管21的栅极仅受到误差放大器23所产生的误差信号V_err所控制，亦即此时上侧限制单元27a对其并无影响。然而当第一使能信号S1导通开关单元G1时，输入电压源V_in将经由晶体管Q1而耦合到调节晶体管21的栅极。由于晶体管Q1耦合成一个二极管，亦即其栅极与漏极相互连接在一起，故晶体管Q1的作用如同一个电压限制器，可将输入电压源V_in与调节晶体管21的栅极间的电位差限制在一个二极管的顺向导通压降内(倘若忽略开关单元G1的微小的导通电阻)。因此，既然调节晶体管21的源极电压等于输入电压源V_in，故调节晶体管21的源极与栅极间的电位差V_sg即限制在一个二极管的顺向导通压降内。

图2(C)显示根据本实用新型的下侧限制单元27b的电路图。参照图2(C)，下侧限制单元27b主要包括开关单元G2，可由晶体管或传输闸所构成，以及限制单元，由晶体管Q2、Q3、与Q4所构成。开关单元G2由第二比较器26b所产生的第二使能信号S2决定导通与否。晶体管Q2与Q3共同形成一个电流镜。晶体管Q3的漏极经由固定电流源I_b连接于地面电位，并且晶体管Q3的源极经由晶体管Q4而连接于输入电压源V_in。晶体管Q4耦合成一个二极管，亦即其栅极与漏极相互连接于一起。当开关单元G2尚未导通而处于断路状态时，调节晶体管21的栅极仅受到误差放大器23所产生的误差信号V_err所控制，亦即此时下侧限制单元27b对其并无影响。然而当第二使能信号S2导通开关单元G2时，输入电压源V_in将经由晶体管Q4以及电流镜Q2与Q3而耦合到调节晶体管21的栅极。基于电流镜Q2与Q3的对称性电路特征，晶体管Q2的源极电压实质上等于晶体管Q3的源极电压。因此，输入电压源V_in与晶体管Q2的源极电压间的电位差是限制在一个二极管的顺向导通压降内。既然调节晶体管21的源极电压等于输入电压源V_in，则调节晶体管21的源极与栅极间的电位差V_sg即限制在一个二极管的顺向导通压降内(倘若忽略开关单元G2的微小的导通电阻)。

图3显示根据本实用新型的线性电压调节器20的操作波形时序图。假设在时间T0时，输入电压源V_in瞬间变大，使得事件侦测电路25的事件信号DT在同一时间突然上升而超过第一触发电压V_t1，因而触发使能控制电路26的第一比较器26a。在此瞬间上升事件后，事件信号DT即逐渐下降以便恢复到基本稳态值BV，尤其在时间T1时变成低于第一触发电压V_t1。因此，第一比较器26a所产生的第一使能信号S1是一个脉冲信号，用于在时间T0到时间T1内使能上侧限制单元27a。从时间T0到时间T1可视为上侧限制单元27a的有效操作时间，在此期间中调节晶体管21不会过度导通而饱和，显著地改善晶体管电流I_q与输出电压V_out的反应。

同样地，假设在时间T2时，输入电压源V_in瞬间变小，使得事件侦测电路25的事件信号DT在同一时间突然下降而低于第二触发电压V_t2，因而触发使能控制电路26的第二比较器26b。在此瞬间下降事件后，事件信号DT即逐渐上升以便恢复到基本稳态值BV，尤其在时间T3时变成超过第二触发电压V_t2。因此，第二比较器26b所产生的第二使能信号S2是一个脉冲信号，用于在时间T2到时间T3内使能下侧限制单元27b。从时间T2到时间T3可视为下侧限制单元27b的有效操作时间，在此期间内调节晶体管21不会过度导通而饱和，有效地改善晶体管电流I_q与输出电压V_out的反应。

虽然上述实施例同时使用第一与第二比较器26a与26b以及上侧与下侧限制单元27a与27b，因而对于输入电压源V_in的瞬间变大与瞬间变小均可达成有效的改善，但本实用新型还可以应用于只须改善单一瞬间变化方向的情况。具体而言，如果只想改善对于输入电压源V_in的瞬间变大的反应，则可仅使用第一比较器26a与上侧限制单元27a。另一方面，倘若只想改善对于输入电压源V_in的瞬间变小的反应，则可仅使用第二比较器26b与下侧限制单元27b。

虽然本实用新型已经通过优选实施例作为例示加以说明，还应了解：本实用新型并不局限于这个被揭示的实施例。相反地，本实用新型旨在涵盖对于本领域技术人员而言非常明显的各种修改与相似配置。因此，权利要求的范围应根据最广的诠释，以包括所有此类修改与相似配置。

Claims

1、一种线性电压调节器，其特征是包括：

调节晶体管，具有控制电极、第一信道电极、与第二信道电极，所述第一信道电极连接于输入电压源，而所述第二信道电极提供输出电压；

反馈电路，用于产生反馈信号，其代表所述输出电压；

误差放大电路，基于所述反馈信号与预定的参考电压间的比较而产生一个误差信号，用于控制所述控制电极；

事件侦测电路，耦合到所述输入电压源，用于产生一个事件信号，其指示所述输入电压源的瞬间变化事件；

使能控制电路，响应于所述事件信号而产生一个使能信号；以及

电压限制电路，响应于所述使能信号而限制所述第一信道电极与所述控制电极间的电位差。

2、根据权利要求1所述的线性电压调节器，其特征是：

所述使能信号决定所述电压限制电路的有效操作时间，使得在所述有效操作时间内，所述第一信道电极与所述控制电极间的所述电位差受到限制。

3、根据权利要求1所述的线性电压调节器，其特征是：

所述电压限制电路使所述第一信道电极与所述控制电极间的所述电位差限制在一个二极管的顺向导通压降内。

4、根据权利要求1所述的线性电压调节器，其特征是：

所述事件侦测电路包括：

电容，具有第一端与第二端，所述第一端是连接于所述输入电压源，所述第二端提供一个电压作为所述事件信号，以及

电流源，用于允许所述第二端所提供的所述电压恢复到预定的基本稳态值。

5、根据权利要求4所述的线性电压调节器，其特征是：

所述电流源包括：

放电电流源，用于允许所述第二端所提供的所述电压下降到所述基本稳态值，以及

充电电流源，用于允许所述第二端所提供的所述电压上升到所述基本稳态值。

6、根据权利要求1所述的线性电压调节器，其特征是：

所述电压限制电路包括：

开关单元，由所述使能信号决定其导通与否，以及

限制单元，用于在所述开关单元导通时限制所述第一信道电极与所述控制电极间的所述电位差。

7、根据权利要求6所述的线性电压调节器，其特征是：

所述限制单元由一个耦合成二极管的晶体管所实施，并且串联于所述输入电压源与所述开关单元之间。

8、根据权利要求6所述的线性电压调节器，其特征是：

所述限制单元由一个耦合成二极管的晶体管与一个电流镜所实施，使得所述耦合成二极管的晶体管连接于所述输入电压源与所述电流镜间，并且所述开关单元连接于所述控制电极与所述电流镜之间。

9、根据权利要求1所述的线性电压调节器，其特征是：

所述使能信号包括第一使能信号与第二使能信号，并且

所述使能控制电路包括：

第一比较器，用于基于所述事件信号与预定的第一触发电压间的比较而产生所述第一使能信号，以及

第二比较器，用于基于所述事件信号与预定的第二触发电压间的比较而产生所述第二使能信号，

其中所述第一触发电压设计成大于所述第二触发电压。

10、根据权利要求1所述的线性电压调节器，其特征是：

所述电压限制电路包括：

上侧限制单元，耦合于所述输入电压源与所述控制电极之间，用于在所述输入电压源瞬间变大时，限制所述第一信道电极与所述控制电极间的所述电位差，以及

下侧限制单元，耦合于所述控制电极与地面电位之间，用于在所述输入电压源瞬间变小时，限制所述第一信道电极与所述控制电极间的所述电位差。