DE60311098T2 - Multimodus-spannungsregler - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf einen Multimodusspannungsregler zur Verbesserung des Wirkungsgrades sowohl im Hochleistungs- als auch im Niedrigleistungsmodus.
  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung, Aktenzeichen 60/384,355, eingereicht am 30. Mai 2002.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Strom- bzw. Spannungsversorgungen, die in tragbaren Systemen, z.B. in mobilen Endgeräten des Global System for Mobile Communications (GMS; globalen System zur mobilen Kommunikation), verwendet werden, müssen in der Lage sein, die sich mit der Zeit ändernde Art solcher Systeme vorteilhaft zu nutzen. Typischerweise haben tragbare bzw. mobile Systeme einen aktiven Zustand, in dem die Spannungsversorgung den vollen Betriebsstrom bereitstellen muss (Hochleistungsmodus) und einen Bereitschaftszustand, der einen minimalen Betriebsstrom benötigt (Niedrigleistungsmodus). Wenn z. B. die digitale Basisbandmaschine in einem mobilen GMS-Endgerät aktiv Daten verarbeitet, muss die Spannungsversorgung den vollen Betriebsstrom bereitstellen, aber wenn die digitale Maschine keine Daten verarbeitet, braucht die Spannungsversorgung nur Rest- bzw. Kriechstrom zu liefern. Wenn ein mobiles GMS-Endgerät auf einen Ruf wartet – Funkrufmodus – kann das Endgerät weniger als 0,1% der Zeit aktiv sein. Zur Bereitstellung einer maximalen Batterielebensdauer muss die Spannungsversorgung eines mobilen GMS äußerst effizient sein, während sie Rest- bzw. Kriechstrom liefert und während sie Betriebsstrom liefert.
  • In der Vergangenheit wurden typischerweise Spannungsregler mit geringer Abfallverzögerung (low dropout voltage regulators; LDO) verwendet, um mehrere stabile Versorgungsspannungen für batteriebetriebene Anwendungen bereitzustellen. Standard-LDOs haben jedoch einen schlechten Wirkungsgrad, da bzw. wenn die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung zunimmt. Kürzlich ist eine Reihe von DC/DC-Wandlerarchitekturen für mobile Systeme vorgeschlagen worden, um den Wirkungsgrad tragbarer Systeme zu verbessern. Diese DC/DC-Wandler neigen bei extrem niedrigen Lastströmen (< 200 μA), die mit Rest- bzw. Kriechstrombedingungen einhergehen, zu einem niedrigen Wirkungsgrad. Außerdem haben diese DC/DC-Wandler die Tendenz entweder zu starker Ausgangsspannungswelligkeit oder zu trägem Spannungsübergangsverhalten. Häufig ist ein Linearregler erforderlich, entweder um eine stabile Versorgung bei extrem niedrigen Lastströmen, zusätzliche Unterdrückung von Rauschen der Spannungsversorgung, oder um zusätzliche Unterdrückung von Lastrauschen bereitzustellen.
  • Das Streit erteilte U.S.-Patent Nr. 5,528,127 betrifft eine lineare Spannungsreglerschaltung, in der der Spannungsregler so konfiguriert ist, dass er einen Bereich von Eingangsspannungen aufnimmt und außerdem die Verlustleistung durch eine erste und zweite Durchlasseinrichtung 504 und 506 minimiert. Wie bei Streit in Spalte 6, Zeilen 42 bis 67 beschrieben, steuert die Steuerschaltung 530 bei niedrigem Vin den Eingangsstrom durch die zweite Durchlasseinrichtung 506 und durch einen Widerstand 510. Wenn jedoch Vin größer wird, so dass die zweite Durchlasseinrichtung 506 gesättigt wird, steuert die Steuerschaltung 530 den Strom sowohl durch die erste als auch durch die zweite Durchlasseinrichtung 504 und 506. Bei Streit wird jedoch keine Vorrichtung zum Aufrechterhalten des Wirkungsgrades sowohl über Niederlastleistungssignale als auch über Hochlastleistungssignale offenbart oder vorgeschlagen.
  • Das Gens et al. erteilte U.S.-Patent Nr. 6,002,295 betrifft einen Spannungsregler, der eine automatische Wahl der höchsten Versorgungsspannung enthält. Der Spannungsregler von Gens et al. enthält zwei Eingangsanschlüsse, von denen ein jeder eine unabhängige Versorgungsspannung hat, und ein Mittel zur automatischen Wahl der höchsten Versorgungsspannung aus den an den Eingangsanschlüssen anliegenden Spannungen. Ähnlich wie bei Streit wird auch bei Gens et al. keine Vorrichtung zum Aufrechterhalten des Wirkungsgrades über Hochlastleistungssignale und über Niederlastleistungssignale gelehrt oder offenbart.
  • KURZE INHALTSANGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Multimodusspannungsregler mit verbessertem Wirkungsgrad sowohl im Niedrigleistungs- als auch im Hochleistungsmodus bereitzustellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen Multimodusspannungsregler bereitzustellen, der nur einen Fehlerverstärker und eine Ausgleichsschaltung verwendet.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen Multimodusspannungsregler bereitzustellen, der für stabilere Ausgangsspannungen sorgt.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen Multimodusspannungsregler bereitzustellen, der für eine gute Unterdrückung der Strom- bzw. Spannungsversorgung bei hohen Frequenzen sorgt.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen Multimodusspannungsregler bereitzustellen, der ein gutes Leitungs- und Lastübergangsverhalten hat.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen solchen Multimodusspannungsregler bereitzustellen, der die Verwendung eines DC/DC-Wandlers im Hochleistungsmodus gestattet.
  • Die Erfindung resultiert aus der Erkenntnis, dass ein verbesserter Spannungsregler, der sowohl im Hochleistungsmodus als auch im Niedrigleistungsmodus einen hohen Wirkungsgrad hat, dadurch verwirklicht werden kann, dass Hochleistungs(Hochspannungs)- und Niederleistungs(Niederspannungs)durchlasseinrichtungen unter Verwendung von Hochleistungs- und Kleinleistungstreibern als Reaktion auf den Ausgang eines einzigen Fehlerverstärkers selektiv betrieben werden, um den Wirkungsgrad im Hochleistungs- und im Niedrigleistungsmodus zu optimieren.
  • Diese Erfindung beschreibt einen Multimodusspannungsregler mit einer Niederstromdurchlasseinrichtung und einer Hochstromdurchlasseinrichtung, die jeweils zum Anschluss zwischen einer Strom- bzw. Spannungsversorgung und einer Last ausgeführt sind. Ein Fehlerverstärker spricht auf eine Differenz zwischen einer Referenzspannung und einer Abhängigkeit der Spannung auf die Last an, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Ein Kleinleistungstreiber, der in einem Niederlastleistungsmodus auf das Fehlersignal anspricht, aktiviert die Niederstromdurchlasseinrichtung, um der Last eine niedrige Leistung bereitzustellen, und ein Hochleistungstreiber, der im Hochlastleistungsmodus auf das Fehlersignal anspricht, aktiviert die Hochstromdurchlasseinrichtung, um der Last eine hohe Leistung bereitzustellen, damit der Wirkungsgrad über hohe und niedrige Lastleistungsanforderungen aufrechterhalten wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Kleinleistungstreiber sowohl im Hochleistungsmodus als auch im Niedrigleistungsmodus eingeschaltet sein. Der Hochleistungstreiber kann nur im Hochleistungsmodus eingeschaltet sein. Der Hochleistungstreiber kann einen Steueranschluss enthalten, um ihn während des Hochleistungsmodus einzuschalten und während des Niedrigleistungsmodus auszuschalten. Der Kleinleistungstreiber kann einen Steueranschluss enthalten, um ihn während des Niedrigleistungsmodus einzuschalten und während des Hochleistungsmodus auszuschalten. Die Durchlasseinrichtungen können Transistoren sein. Relativ gesehen kann die Niederstromdurchlasseinrichtung einen kleineren aktiven Bereich und die Hochstromdurchlasseinrichtung einen größeren aktiven Bereich haben. Der Fehlerverstärker kann eine Stromquelle, ein Differentialpaar und einen Stromspiegel enthalten. Der Kleinleistungstreiber kann eine nicht invertierende Treiberschaltung enthalten. Der Hochleistungstreiber kann eine nicht invertierende Treiberschaltung mit einem dynamischen Verstärkungssystem für den Vorstrom bzw. Vormagnetisierungsstrom enthalten, um den Ausgangsstrom des Hochleistungstreibers im Hochlastleistungsmodus dynamisch zu erhöhen. Zwischen der Spannungsversorgung und der Hochstromdurchlasseinrichtung kann ein Gleichstrom-/Gleichstrom-Wandler vorgesehen sein. Zwischen dem Eingang des Hochleistungstreibers und dem Ausgang der Hochstromdurchlasseinrichtung kann eine Ausgleichsschaltung geschaltet sein. Ein Spannungsteiler kann zwischen dem Ausgang der Hochstromdurchlasseinrichtung und dem Fehlerverstärker geschaltet sein, um die Abhängigkeit der Spannung auf die Last zu erzeugen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile erschließen sich dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
  • 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Spannungsreglers nach dem Stand der Technik;
  • 2 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Multimodusspannungsreglers gemäß dieser Erfindung;
  • 3 ein detaillierteres schematisches Schaltbild des Fehlerverstärkers von 2;
  • 4 ein detaillierteres schematisches Schaltbild des Kleinleistungstreibers von 3; und
  • 5 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild des Hochleistungstreibers von 2.
  • OFFENBARUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Abgesehen von der bzw. den bevorzugten Ausführungsform bzw. Ausführungsformen, die nachstehend offenbart wird bzw. werden, sind bei dieser Erfindung andere Ausführungsformen möglich, die auf verschiedene Weise in die Praxis umgesetzt oder verwirklicht werden können. Es versteht sich also, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Bauteile beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen dargestellt sind.
  • In 1 ist ein herkömmlicher Spannungsregler 10 dargestellt, der die Spannung zwischen einer Strom- bzw. Spannungsquelle (Batterie) 12 und der Last 14 regelt, zu der typischerweise ein Filter wie ein Kondensator 16 gehört. Spannungsregler wie der Spannungsregler 10 sind im U.S.-Patent Nr. 5,631,598 angegeben und enthalten einen einzigen Treiber 18 sowie einen Fehlerverstärker 20. Der Treiber 18 aktiviert eine Durchlasseinrichtung wie einen MOSFET 22, der zwischen einer Strom- bzw. Spannungsversorgung (Batterie) 12 und einer Last 14 geschaltet ist. Die Ausgangsspannung Vout ist eine Funktion eines Widerstandsteilers 26, bestehend aus den Widerständen 28 und 30, im Regelkreis bestehend aus dem Fehlerverstärker 20, dem Treiber 18, dem Filterkondensator 16, der Last 14, dem Kompensationskondensator 24 und dem Widerstandsteiler 26. Der Kompensationskondensator 24 sorgt für eine Frequenzkompensation, um den Kreis zu stabilisieren, wie im U.S.-Patent Nr. 5,631,598 offenbart ist.
  • Im Betrieb erzeugt jede Differenz der Eingangsspannungen am Fehlerverstärker 20 einen Ausgang zum Treiber 18, wodurch er die Durchlasseinrichtung 22 aktiviert, um den Strom zu erhöhen oder zu verringern, damit die Ausgangsspannung Vout zur Last 14 konstant gehalten wird. Eines der Probleme dieses Reglertyps ist, dass die Durchlasseinrichtung 22 ausreichend groß dimensioniert werden muss, um die maximale Last 14 zu treiben. Die Ausgangsimpedanz des Treibers 18 muss deshalb hinreichend niedrig sein, um das Gate der Durchlasseinrichtung 22 schnell genug anzusteuern, um Änderung der Last 14 oder der Eingangsspannung Vin zu verfolgen. Um diese niedrige Ausgangsimpedanz im Treiber 18 bereitstellen zu können, ist ein hoher Vormagnetisierungsstrom erforderlich. Ein hoher Vormagnetisierungs strom ist zwar für den effizienten Betrieb unter Hochlastbedingungen sinnvoll, jedoch nicht unter Niedriglastbedingungen.
  • Ein Ansatz zur Überwindung dieses Problems besteht darin, die gesamte Schaltung einschließlich des Fehlerverstärkers 20, des Treibers 18 und der Kompensationsschaltung 24 zu duplizieren, aber dies führt zu zwei weiteren Nachteilen. Zum einen sind zwei Fehlerverstärker 20 und zwei Kompensationsschaltungen 24 erforderlich, wodurch der auf dem Chip für den Spannungsregler erforderliche Platz größer wird. Außerdem bedeutet, dass bei Vorhandensein zweier verschiedener Fehlerverstärker diese präzise aufeinander abgestimmt sein müssen, oder ihr Offset indiziert durch sich selbst einen Fehler in der Ausgangsspannung Vout.
  • Beim Multimodusregler 50 (2) gemäß dieser Erfindung werden zwei Durchlasseinrichtungen verwendet, nämlich die Hochstromdurchlasseinrichtung 52 und die Niederstromdurchlasseinrichtung 54, von denen eine jede zwischen der Strom- bzw. Spannungsversorgungsbatterie 56 und einer Last 57 angeschlossen ist. Die Niederstromdurchlasseinrichtung 54 wird von einem Kleinleistungstreiber 58 angesteuert, während die Hochstromdurchlasseinrichtung 52 von einem Hochleistungstreiber 60 angesteuert wird. Der Multimodusregler 50 braucht nur eine einzige Kompensationsschaltung, einen Kondensator 62 und einen einzigen Fehlerverstärker 64. Außerdem ist ein Spannungsteiler 66 mit den Widerständen 68 und 70 vorgesehen. Ein Filterkondensator 72 gehört ebenfalls zur Last 57. Der Regler 50 verwendet also einen einzigen Fehlerverstärker und eine einzige Kompensationsschaltung 62, wodurch auf dem Chip kein Platz für einen zweiten Fehlerverstärker und eine Kompensationsschaltung erforderlich ist.
  • Im Betrieb während des Hochleistungsmodus spricht der Hochleistungstreiber 60 auf ein Fehlersignal vom Fehlerverstärker 64 an, um die Hochstromdurchlasseinrichtung 52 zur Lieferung von Strom bzw. Spannung an die Last 57 zu treiben. Während des Niederleistungsmodus spricht der Kleinleistungstreiber auf ein Fehlersignal vom Fehlerverstärker 64 an, um die Niederstrom durchlasseinrichtung zur Lieferung von Strom bzw. Spannung an die Last 57 zu treiben. Dadurch braucht der Hochleistungstreiber 60 nur dann eingeschaltet zu sein, wenn ein hoher Strom bzw. eine hohe Spannung über die Hochstromdurchlasseinrichtung 52 an die Last 57 zu liefern ist, und braucht im Niederleistungsmodus nicht eingeschaltet zu sein, was sonst den Wirkungsgrad verringern würde. Der Kleinleistungstreiber 58 ist während des Betriebs im Niederleistungsmodus eingeschaltet und kann im Hochleistungsmodus eingeschaltet bleiben oder ausgeschaltet werden, da der geringe Drain-Strom seines Vormagnetisierungsstroms nur einen geringen Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad im Hochleistungsmodus hätte. Jeder der Treiber 58 und 60 hat einen Steueranschluss 74 bzw. 76, der typischerweise ein digitales Signal zum Ein- oder Ausschalten je nach der erwarteten Beschaffenheit der Last empfängt, d. h. ob die Last hoch bzw. niedrig ist.
  • Der Wirkungsgrad kann bei Verwendung eines DC/DC-Wandlers 80 zwischen der Strom- bzw. Spannungsversorgung (Batterie) 56 und der Hochstromdurchlasseinrichtung 52 sogar noch weiter verbessert werden. Durch einen höheren Spannungsabfall über den DC/DC-Wandler 80 und einen geringeren Spannungsabfall über die Hochstromdurchlasseinrichtung 52, wo der Leistungsverlust größer ist, kann der Gesamtwirkungsgrad verbessert werden. Dies zeigt das folgende Beispiel:
    Figure 00080001
    dabei ist nDC/DC der Wirkungsgrad von DC/DC und |VSD52| die absolute Source-Drain-Spannung der Einrichtung 52 (Hochstromdurchlasseinrichtung).
  • Der Fehlerverstärker 64 (3) kann ein Differentialverstärker mit einem Differentialeingang und einem einseitigen Ausgang sein. Es kann eine Stromquelle 90 vorgesehen sein, die ein Differentialpaar 92 und einen Stromspiegel 94 mit Vormag netisierungsstrom beaufschlagt, wobei der Stromspiegel auf herkömmliche Weise arbeitet. Der Kleinleistungstreiber 58 kann mit einer nicht invertierenden Treiberschaltung (4) implementiert sein, wie sie im U.S.-Patent Nr. 6,225,857 offenbart ist. Der Eingang Vlin vom Fehlerverstärker 64 liegt am Gate des Transistors 100 an, dessen Drain direkt mit dem Gate eines Transistors 102 und über den Widerstand R über einen Rückkopplungswiderstand 104 mit dem Drain eines Transistors 102 verbunden ist. Der Strom I1 wird von einer Stromquelle 106, der Strom I2 von einer Stromquelle 108 geliefert. Die Spannung Vlgate Wird an einem Ausgang 110 bereitgestellt, der der Eingang zum Gate der Niederstromdurchlasseinrichtung 54 ist. Die Verwendung dieses speziellen nicht invertierenden Verstärkers sorgt für eine gute Unterdrückung der Strom- bzw. Spannungsversorgung bei hoher Frequenz, da Vlin auf Masse bezogen ist wie der Fehlerverstärker 64 und der Ausgang Vlgate auf die Versorgung bezogen ist. Da Vlgate die Versorgung verfolgt, bleibt die Spannung über die Gate-Source-Anschlüsse der Niederstromdurchlasseinrichtung 54 wie auch der Strom von der Source zum Drain durch die Einrichtung konstant. Sogar dann, wenn sich die Spannung der Versorgung 56 ändert, ändert sich die Ausgangsspannung Vout an der Last 57 nicht.
  • Der Hochleistungstreiber 60 (5) kann einen nicht invertierenden Treiber 58a ähnlich dem Kleinleistungstreiber 58 (4) enthalten sowie ein dynamisches System 110 zur Vormagnetisierungsstromverstärkung, das einen Stromspiegel 112, gebildet aus Transistoren 102a und 116, einen zweiten Stromspiegel 118 aus Transistoren 120 und 122 und einen Stromspiegel 124 mit Transistoren 126 und 128 sowie einer Stromquelle 130 enthält.
  • Normalerweise fließt der von der Stromquelle 108a gelieferte Strom I2 durch den Transistor 102a. Eine herunterskalierte Version dieses Stroms fließt durch den Transistor 116 und auch durch den Transistor 120. Der gleiche Strom wird durch den Stromspiegel im Transistor 122 reflektiert. Dies bewirkt, dass der Großteil des Stroms I3 von der Stromquelle 130 durch den Transistor 122 fließt, so dass normalerweise sehr wenig Strom durch die Transistoren 126 und 128 fließt. Wenn die Last jedoch mehr Strom zieht, muss das Gate der Hochstromdurchlasseinrichtung 52 auf Low gehen. Wenn Vhgate auf Low geht, wird Strom über Vhgate zur Stromquelle I2 gezogen; dies verringert den Strom im Transistor 102a und damit in der anderen Hälfte des Spiegels, dem Transistor 116. Außerdem verringert dies den Strom durch die Transistoren 120 und 122 des Spiegels 118. Ein größerer Anteil des Stroms I3 von der Stromquelle 130 fließt nun durch die Transistoren 126 und 128 des Spiegels 124. Damit zieht mehr Strom Vhgate herunter. Dadurch kann das System rasch auf einen Stromübergang ansprechen. Wenn Vhgate die erforderliche Spannung erreicht, fließt der gesamte Strom I2 von der Stromquelle 108a durch den Transistor 102a. Der gleiche Strom wird im Transistor 116 und dann in den Transistoren 120 und 122 gespiegelt. Wieder fließt der Großteil des Strom I3 von der Stromquelle 130 durch den Transistor 122.
  • Obwohl bestimmte Merkmale der Erfindung in manchen Zeichnungen, jedoch nicht in anderen dargestellt sind, dient dies nur der Übersichtlichkeit, da jedes Merkmal mit einem beliebigen oder allen anderen Merkmalen gemäß der Erfindung kombiniert werden kann. Die Wörter "enthalten", "aufweisend", "haben" und "mit", wie sie hierin verwendet werden, sind in einem weit gefassten Sinn zu interpretieren und nicht auf eine physikalische Verbindung beschränkt. Des Weiteren sind die in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Ausführungsformen nicht als die einzig möglichen zu sehen.
  • Andere Ausführungsformen werden sich für den Fachmann ergeben und sind von den nachfolgenden Ansprüchen abgedeckt.
  • 1 (Stand der Technik)
    • 14
    Last
    18
    Treiber
    20
    Fehlerverstärker
  • 2
    • 57
    Last
    58
    Kleinleistungstreiber
    60
    Hochleistungstreiber
    64
    Fehlerverstärker

Claims (11)

  1. Multimodusspannungsregler mit: einer Niederstromdurchlasseinrichtung (54) und einer Hochstromdurchlasseinrichtung (52), die jeweils zum Anschluss zwischen einer Stromversorgung (56) und einer Last (57) ausgeführt sind; einem Fehlerverstärker (64) mit einer Ausgangsleitung, ansprechend auf eine Differenz zwischen einer Referenzspannung und einer Funktion der Spannung an der Last, um ein Fehlersignal auf der Ausgangsleitung zu erzeugen; und gekennzeichnet durch einen Kleinleistungstreiber (58), der einen niedrigen Vorstrom hat und in einem Niederlastleistungsmodus auf das Fehlersignal auf der Ausgangsleitung anspricht, um die Niederstromdurchlasseinrichtung zu aktivieren und so der Last eine niedrige Leistung bereitzustellen, und einen Hochleistungstreiber (60), der einen höheren Vorstrom hat und in einem Hochlastleistungsmodus auf das Fehlersignal auf der Ausgangsleitung anspricht, um die Hochstromdurchlasseinrichtung zu aktivieren und so der Last (57) eine hohe Leistung bereitzustellen, damit der Wirkungsgrad über die Hoch- und Niedriglastleistungssignale aufrechterhalten wird.
  2. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Kleinleistungstreiber (58) sowohl im Hochleistungsmodus als auch im Niedrigleistungsmodus eingeschaltet ist. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Hochleistungstreiber (60) nur im Hochleistungsmodus eingeschaltet ist.
  3. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Hochleistungstreiber (60) einen Steueranschluss (76) enthält, um den Hochleistungstreiber während des Hochleistungsmodus einzuschalten und während des Niedrigleistungsmodus auszuschalten.
  4. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Kleinleistungstreiber einen Steueranschluss (74) enthält, um ihn während des Niedrigleistungsmodus einzuschalten und während des Hochleistungsmodus auszuschalten.
  5. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem die Durchlasseinrichtungen (52, 54) Transistoren sind. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 6, bei dem die Niederstromdurchlasseinrichtung (54) einen kleineren aktiven Bereich und die Hochstromdurchlasseinrichtung (52) einen größeren aktiven Bereich hat.
  6. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Fehlerverstärker (64) eine Stromquelle, ein Differentialpaar und einen Stromspiegel enthält.
  7. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Kleinleistungstreiber (58) eine nicht invertierende Treiberschaltung enthält.
  8. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, bei dem der Hochleistungstreiber (60) eine nicht invertierende Treiberschaltung mit einem dynamischen Verstärkungssystem für den Vorstrom enthält, um den Ausgangsstrom des Hochleistungstreibers im Hochlastleistungsmodus dynamisch zu erhöhen.
  9. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, ferner mit einem Gleichstrom-/Gleichstrom-Wandler zwischen der Stromversorgung (56) und der Hochstromdurchlasseinrichtung (52).
  10. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, ferner mit einer Ausgleichsschaltung, die zwischen dem Eingang des Hochleistungstreibers (60) und dem Ausgang der Hochstromdurchlasseinrichtung geschaltet ist.
  11. Multimodusspannungsregler nach Anspruch 1, ferner mit einem Spannungsteiler, der zwischen dem Ausgang der Hochstromdurchlasseinrichtung (52) und dem Fehlerverstärker (64) geschaltet ist, um die Funktion der Spannung an der Last (57) zu erzeugen.
DE60311098T 2002-05-30 2003-05-21 Multimodus-spannungsregler Expired - Lifetime DE60311098T2 (de)

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US38435502P 2002-05-30 2002-05-30
US384355P 2002-05-30
PCT/US2003/015976 WO2003102709A2 (en) 2002-05-30 2003-05-21 Multimode voltage regulator

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WO (1) WO2003102709A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9523989B2 (en) 2013-03-05 2016-12-20 Infineon Technologies Ag System and method for a power supply
DE102019116700A1 (de) 2018-07-10 2020-01-16 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Stützkondensatorfreier Low-Drop-Spannungsregler mit großem Spannungsbereich mit einem DIMOS Transistor und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102018116667B4 (de) * 2018-07-10 2021-03-04 Elmos Semiconductor Se Stützkondensatorfreier Low-Drop-Spannungsregler mit großem Spannungsbereich mit einem DIMOS- und einem NMOS-Transistor als Lasttransistor und Spannungsreglersystem
DE102018116669B4 (de) * 2018-07-10 2021-03-04 Elmos Semiconductor Se Verfahren zum Betrieb eines stützkondensatorfreien Low-Drop-Spannungsreglers mit großem Spannungsbereich

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6819165B2 (en) * 2002-05-30 2004-11-16 Analog Devices, Inc. Voltage regulator with dynamically boosted bias current
TW595075B (en) * 2003-05-19 2004-06-21 Richtek Technology Corp DC to DC converter having fast transient-response of loading and method of the same
US8315588B2 (en) * 2004-04-30 2012-11-20 Lsi Corporation Resistive voltage-down regulator for integrated circuit receivers
CN1760782A (zh) * 2004-10-13 2006-04-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 主机板直流线性稳压电源
US7135748B2 (en) * 2004-10-26 2006-11-14 Power Integrations, Inc. Integrated circuit with multi-length output transistor segment
US7327125B2 (en) * 2005-02-17 2008-02-05 Qualcomm Incorporated Power supply circuit having voltage control loop and current control loop
JP2006318327A (ja) * 2005-05-16 2006-11-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 差動増幅回路およびシリーズレギュレータ
US7821240B2 (en) 2005-07-21 2010-10-26 Freescale Semiconductor, Inc. Voltage regulator with pass transistors carrying different ratios of the total load current and method of operation therefor
US7609040B1 (en) 2005-10-31 2009-10-27 Chil Semiconductor Corporation Power supply and related circuits
US7456618B2 (en) * 2005-10-31 2008-11-25 Chil Semiconductor, Inc. Digital controller for a voltage regulator module
US7592789B2 (en) * 2005-10-31 2009-09-22 Chil Semiconductor Corporation Power supply and related circuits
US7489117B2 (en) * 2005-10-31 2009-02-10 Chil Semiconductor Corporation Dynamic conversion circuit for a voltage regulator module
DE102006017048B4 (de) * 2006-04-11 2014-01-23 Infineon Technologies Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung einer geregelten Spannung an einem Spannungsausgang
US7728568B1 (en) 2006-12-22 2010-06-01 Chil Semiconductor Inc. Power supply circuit and switch drivers
US7982445B1 (en) 2007-11-08 2011-07-19 National Semiconductor Corporation System and method for controlling overshoot and undershoot in a switching regulator
WO2009065050A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-22 Rambus Inc. Data-dependet voltage regulator
US8773086B1 (en) * 2007-12-07 2014-07-08 Marvell International Ltd. Circuits and methods for dynamic voltage management
US7990119B2 (en) * 2008-07-29 2011-08-02 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Multimode voltage regulator circuit
US8872502B2 (en) 2008-08-22 2014-10-28 Freescale Semiconductor, Inc. Voltage regulator with low and high power modes
KR100996186B1 (ko) * 2008-11-06 2010-11-24 주식회사 하이닉스반도체 내부 전압 생성회로
US8618780B2 (en) * 2008-11-24 2013-12-31 Freescale Semiconductor, Inc. Multimode voltage regulator and method for providing a multimode voltage regulator output voltage and an output current to a load
JP5363379B2 (ja) 2009-05-20 2013-12-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 通信システム
US8860389B2 (en) * 2009-12-29 2014-10-14 Texas Instruments Incorporated Fast load transient response circuit for an LDO regulator
TWI444803B (zh) * 2011-03-08 2014-07-11 Etron Technology Inc 穩壓電路
WO2013033622A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Rambus Inc. On -chip regulator with variable load compensation
TWI508420B (zh) * 2013-03-15 2015-11-11 Silicon Motion Inc 應用於高負載電流之電荷注入式開關電容穩壓器
US9195248B2 (en) 2013-12-19 2015-11-24 Infineon Technologies Ag Fast transient response voltage regulator
JP6510828B2 (ja) * 2015-02-05 2019-05-08 ローム株式会社 リニア電源及びこれを用いた電子機器
KR102365143B1 (ko) 2015-09-22 2022-02-18 삼성전자주식회사 멀티-파워와 게인-부스팅 기술을 이용하는 전압 레귤레이터와 이를 포함하는 모바일 장치들
KR101892357B1 (ko) * 2016-10-11 2018-08-27 한국과학기술원 실리콘 반도체를 기반으로 하는 광 빔 포밍 네트워크 칩
US11095222B2 (en) * 2017-09-21 2021-08-17 Mediatek Inc. High efficiency converter
US10219339B1 (en) * 2018-02-19 2019-02-26 Ixys, Llc Current correction techniques for accurate high current short channel driver
TWI665543B (zh) * 2018-04-11 2019-07-11 晶豪科技股份有限公司 低壓降電壓穩壓器
US10591938B1 (en) 2018-10-16 2020-03-17 Qualcomm Incorporated PMOS-output LDO with full spectrum PSR
US11372436B2 (en) * 2019-10-14 2022-06-28 Qualcomm Incorporated Simultaneous low quiescent current and high performance LDO using single input stage and multiple output stages
US11402860B2 (en) * 2020-02-18 2022-08-02 Silicon Laboratories Inc. Voltage regulator having minimal fluctuation in multiple operating modes

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4617473A (en) * 1984-01-03 1986-10-14 Intersil, Inc. CMOS backup power switching circuit
JPS60176121A (ja) 1984-02-22 1985-09-10 Toshiba Corp 電圧降下回路
US5295112A (en) * 1991-10-30 1994-03-15 Nec Corporation Semiconductor memory
JPH07146722A (ja) * 1993-10-01 1995-06-06 Fuji Electric Co Ltd トランジスタ用過電流保護装置
JPH07105682A (ja) * 1993-10-06 1995-04-21 Nec Corp ダイナミックメモリ装置
US5528127A (en) * 1994-05-17 1996-06-18 National Semiconductor Corporation Controlling power dissipation within a linear voltage regulator circuit
US5545978A (en) 1994-06-27 1996-08-13 International Business Machines Corporation Bandgap reference generator having regulation and kick-start circuits
JPH08289483A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Rohm Co Ltd 電源回路
US5631598A (en) 1995-06-07 1997-05-20 Analog Devices, Inc. Frequency compensation for a low drop-out regulator
JP4036487B2 (ja) * 1995-08-18 2008-01-23 株式会社ルネサステクノロジ 半導体記憶装置、および半導体回路装置
JP2806324B2 (ja) * 1995-08-25 1998-09-30 日本電気株式会社 内部降圧回路
FR2751778B1 (fr) * 1996-07-23 1998-11-06 Sgs Thomson Microelectronics Memoire accessible en lecture seulement
FR2755316B1 (fr) 1996-10-25 1999-01-15 Sgs Thomson Microelectronics Regulateur de tension a selection automatique d'une tension d'alimentation la plus elevee
FR2755317B1 (fr) * 1996-10-25 1999-01-15 Sgs Thomson Microelectronics Regulateur de tension a generation interne d'un signal logique
US5867015A (en) 1996-12-19 1999-02-02 Texas Instruments Incorporated Low drop-out voltage regulator with PMOS pass element
US5917311A (en) 1998-02-23 1999-06-29 Analog Devices, Inc. Trimmable voltage regulator feedback network
US5889395A (en) 1998-03-27 1999-03-30 International Business Machine Corporation Integrated low voltage regulator for high capacitive loads
JP4274597B2 (ja) * 1998-05-29 2009-06-10 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路装置
US6225857B1 (en) 2000-02-08 2001-05-01 Analog Devices, Inc. Non-inverting driver circuit for low-dropout voltage regulator
US6819165B2 (en) 2002-05-30 2004-11-16 Analog Devices, Inc. Voltage regulator with dynamically boosted bias current
JP2004047810A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Renesas Technology Corp 半導体集積回路

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9523989B2 (en) 2013-03-05 2016-12-20 Infineon Technologies Ag System and method for a power supply
DE102014102860B4 (de) * 2013-03-05 2017-10-26 Infineon Technologies Ag System und Verfahren für eine Leistungsversorgung
DE102019116700A1 (de) 2018-07-10 2020-01-16 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Stützkondensatorfreier Low-Drop-Spannungsregler mit großem Spannungsbereich mit einem DIMOS Transistor und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102018116667B4 (de) * 2018-07-10 2021-03-04 Elmos Semiconductor Se Stützkondensatorfreier Low-Drop-Spannungsregler mit großem Spannungsbereich mit einem DIMOS- und einem NMOS-Transistor als Lasttransistor und Spannungsreglersystem
DE102018116669B4 (de) * 2018-07-10 2021-03-04 Elmos Semiconductor Se Verfahren zum Betrieb eines stützkondensatorfreien Low-Drop-Spannungsreglers mit großem Spannungsbereich
DE102019116700B4 (de) * 2018-07-10 2021-03-04 Elmos Semiconductor Se Stützkondensatorfreier Low-Drop-Spannungsregler mit großem Spannungsbereich mit einem DIMOS Transistor und Verfahren zu dessen Betrieb

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