TW201014133A - A low drop out regulator with over-current protection - Google Patents

Description

201014133 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種低壓降穩壓器，更明確地說，係有關一種 具過電流保護之低壓降穩壓器。 【先前技術】 請參考第1圖。第1圖係為一先前技術之低壓降(L〇w Drop Out, 〇 LD0)穩壓器(regulator)100之示意圖。如第1圖所示，低壓降穩壓 器100包含一感測電阻rsen、一參考電阻Rref、二回授電阻RpBl、 Rfb2、一參考電流源IreF、一比較器CMP、一誤差放大器EA以及 一電晶體Qi。電晶體Q:係為一 p通道金氧半導體(p channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)電晶體 ° 低壓降穩壓器100用來將一輸入電壓源VlN轉換成一輸出電壓 β 源VOUT’以提供電壓ν〇υτ及負載電流Iload給負載X使用。詳細 運作原理說明如後。 回授電阻Rfbi與RFB2耦接於輸出電壓源VOUT與一地端之間， 用來提供輸出電壓VOUT的分壓VFB給誤差放大器EA。誤差放大 器EA包含一正輸入端’用來接收輸出分壓VpB、一負輸入端，用 來接收一參考電壓VREF2，以及一輸出端，用來根據其正輸入端與 其負輸入端的訊號，輸出電流控制訊號Va。電晶體Q之控制端(閘 極)即耦接於誤差放大器EA之輸出端，用來接收電流控制訊號 201014133 vA。而電晶體仏便可根據電流控制訊號％的電壓大小，控制輸

出電壓νουτ與負載電流iL〇AD。更明確地說，當電流控制訊號vA 的電壓越低，則負載電流IL0AD會越大；反之，當電流控制訊號 νΑ的電壓越高，則負載電流Ilo^會越小。因此，當分壓Vfb低 於參考電壓Vref2時(如負載X所抽取的負載電流Il〇ad提升時）， 誤差放大器EA所產生的電流控制訊號Va會將電晶體α的導通 程度!^咼以長：咼輸出電壓VOUT(亦即電流控制訊號νΑ的電壓會降 ❹ 低）。 參考電阻Rref耦接於輸入電壓源Vjn、參考電流源與比較 器CMP之正輸入端之間’用來提供一參考電壓乂删給比較器 CMP。感測電阻RSEN耦接於輸入電壓源v沉與比較器之負 輸入端之間，用來提供一感測電壓Vsen給運算放大器。比較器 CMP再峨參考缝Vr£Fi與_龍I的大小，產生一限流 控制訊號se。亦即當劍電壓VsEN高於參考電壓v_時，限流 控制訊號Sc為糖「〇」（低^位）；反之，當感測電壓v咖低於 參考電壓V麵時，限流控制訊號Sc為邏輯「^ (高電位）。由於 感測電阻RSEN係、串聯於輸人電壓源Vm與電晶體^之間，因此可 根據感測電壓vSEN與感測電阻Rsen之阻值得知所輸出的負載電流 1_的大小鮑蛾㈣CMP來予以關。更明確地說，當感 測電壓VSEN低於參考電壓v翻時，表示負載電流匕⑽大於"上限 值W。因此比較器CMP會輸邏輯Γ1」的限流控制訊號、 至誤差放大H ΕΑ，以阻止誤差放ΕΑ的運作。換句話說當 201014133 限流控制訊號sc為邏輯q時， 了决差放大器£入相當於被停止致

Qi所導通的程度亦將被限制住， 能而不譲赚控做號^賴_降低。如此—來電晶體 小 而能夠限制負載電流Iload的大 ❹ ❿ 由於感測電阻Rsen係與電晶體q串聯，因此等效上來 說^輸人_ 電壓源、的等效阻值，會因為感 而降 的加人而提升，而造成過多的功率耗損，同樣亦使得 低餅穩顧100的輸人電顧輸出的最小織提升， 低了低壓降穩壓器的效率。 【發明内容】 =⑽減-種具過賴賴德鱗穩絲。純壓降穩 壓器包3-具有第—通道長寬比之第—電晶體、—感測電阻、一 具有第-通道長寬比之第二電晶體、—比較器，以及—誤差放大 器。該第-電晶體包含-第-端，输於—輪人電壓，源、一第二 端，用來輸出-輸出電壓源，以及—控制端，用來接收一電流控 制訊號’喻繼第-電晶體之該第二端所如之輸出電壓源之 =流嫂該感測電阻係耦接於該輸人電壓源。該第二電晶體包含一 第一端’耦接於該感測電阻、—第二端’ _於該第—電晶體之 該第二端’以及-控制端’用來接㈣電流控制訊號。該:較器 包含一正輸入端，用來接收-第-參考電壓、-負輸入端，耦接 於該感測電阻，峰接H观壓，以及—輪_，用來根據 9 201014133 該比較器之該正狀端無貞輸人端收之訊號 ，輸出一限流 控制减。該誤差放大器包含一負輸入端，用來接收一第二參考 電壓、-正輸人端’用來接收該輸出電壓源之分壓、—輸出端， 該誤差放大器係根據該第二參考電壓與該輸出電壓源之分壓於該 誤差放大器之該輸出端產生該電流控制訊號，以及—致能端，搞 接於該比較器之輸出端，以接收該限流控制訊號來據以致能該誤 差放大器產生該電流控制峨。其中該第—通道長寬比係大於該 ❹ 第二通道長寬比。 【實施方式】 «月參考第2圖。第2圖係為本發明具有過電流保護之低壓降穩 壓器200之不意圖。如第2圖所示，低壓降穩壓器1〇〇包含一感 測電阻RSEN、-參考電阻Rref、二回授電㈣刪、、一參考 電流源Iref、一比較器CMP、一誤差放大器EA以及二電晶體Qi、 ❹ Q2電日日體Q1 Q2係為P通道金氧半導體(P channel Metal Oxide Semiconduc^PMOS)電晶體，且電晶體Qi之通道長寬比為電晶 體Q2之K倍(K>1)。 低壓降穩壓器200用來將一輸入電壓源ViN轉換成一輸出電壓 源vOUT，以提供電壓v0UT及負載電流Il_給負載χ使用。詳細 運作原理說明如後。 一 回授電阻Rfb1與Rfb2耦接於輸出電壓源νουτ與一地端之間， 201014133 用來提供輸出電屢VOUT的分壓VFB給誤差放大器EA。誤差放大 器EA包含一正輸入端’用來接收輸出分壓Vfb、一負輪入端用 來接收一參考電壓VreF2 ,以及一輸出端，用來根據其正輸入端與 其負輸入端的訊號，輸出電流控制訊號Va。電晶體Ql之控制端(閘 極)即柄接於誤差放大器EA之輸出端，用來接收電流控制訊號 vA。而電晶體(^便可根據電流控制訊號Va的電壓大小，控制輸 出電壓V0UT與負載電流lL〇AD。更明確地說，當電流控制訊號％ Ο 的電壓越低，則負載電流toAD會越大；反之，當電流控制訊號

Va的電壓越南’則負載電流ILOAD會越小。因此，當分壓v柯低 於參考電壓Vref2時(如負載X所抽取的負載電流Il〇ad提升時）， 誤差放大器EA所產生的電流控制訊號Va會將電晶體Qi的導通 程度提尚以提咼輸出電壓V0UT(亦即電流控制訊號vA的電壓會降 低）。 另外，電晶體Q2之控制端(閘極)亦耦接於誤差放大器EA之輸 出端’同樣接收電流控制訊號vA以據以輸出感測電流Isen。然而， 由於電晶體Q2之通道長寬比遠小於電晶體之通道長寬比〇 : κ，κ遠大於1)，因此在計算真正的負載電流時，感測電流Isen 可以被忽略而僅計算負載電流IL0AD。 參考電阻Rref耦接於輸入電麼源Vjn、參考電流源與比較 器CMP之正輸入端之間’用來提供一參考電壓給比較器 CMP。感測電阻Rsen耦接於輸入電壓源Vnq、比較器CMP之負輸 201014133 ·*

入端以及電晶體（32之第—端(源極)之間，用來提供一感測電壓 vSEN給運算放大ϋ。比較器CMp再啸參考糕^與感測電 壓v㈣的大小，產生一限流控制訊號^。亦即當感測電壓^ 高於參考電壓ν_時，限_制訊號Sc為邏輯「〇」（低電位广 反之:當感測電壓v㈣低於參考電壓ν·時，限流控制訊號Sc 為邏輯「1」（高電位）。由於感測電阻‘係串聯於輸入電壓源 與電晶體Q2之間’因此可根據感測電壓％與感測電阻^ 〇 之阻值得知感測電流IsEN的大小，並可進而推算出負載電流iLOAD 的大小(K倍的感測電流ISEN)，並經由比較器CMp來予以限制。 更明確地說’當感測電壓VSEN低於參考電壓VREF1時，表示感測 電流Isen大於上限值[(l/K)XlLMIT]，意即負载電流^。仙大於上限 值Ilimit。因此比較器CMP會輸出邏輯「1」的限流控制訊號知 至誤差放大器EA，以阻止誤差放大器EA的運作。換句話說，當 限流控制訊號Sc為邏輯「1」時，誤差放大器£八相當於被停止致 泛 能而不能再將電流控制訊號VA的電壓繼續降低。也就是說，當誤 差放大器EA接收到邏輯為「0」的限流控制訊號sc時，誤差放大 器EA可以調整電流控制訊號VA的電壓；當誤差放大器EA接收 到邏輯為「1」的限流控制訊號Sc時，誤差放大器ea便不能調整 電流控制訊號VA的電壓。如此一來電晶體Q!與q2所導通的程度 就可被限制住，而能夠進一步地限制感測電流ISEN與負載電流 Iload的大小。 而本發明之優點係在於感測電阻RSEN係與電晶體q2串聯而不 12 201014133 電二效广，從輪人輕源VlN_ :輸賴源與輸出頓源間的功率耗損，同時能夠降低因功率 貝所產生皱度上升，提供給使用者更大的便利性。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖係為一先前技術之低壓降穩壓器之示意圖。 第2圖係為本發明具有過電流保護之低壓降穩壓器之示意圖。 【主要元件符號說明】 100、200 低壓降穩壓器 Vin 輸入電壓源 V〇UT 輸出電壓源 RrEF、RsEN、RfBI、RfB2 電阻 X 負載 IlOAD ' IsEN 電流 Qi、Q2 電晶體 CMP 比較器 EA 誤差放大器 VA 電流控制訊號 13 201014133

Sc VreFI ' VreF2 ' Vfb

Iref 限流控制訊號 電壓 參考電流源

14

Claims (1)

1. 201014133 十、申請專利範圍： 1· 一種具過電流保護之低壓降穩壓器，包含： 一具有第一通道長寬比之第一電晶體，包含： 一第一端’耦接於一輸入電壓源； 一第二端，用來產生一輸出電壓源；以及 控制端，用來接收一電流控制訊號，以控制該第一電晶 體之該第二端所產生之輸出電壓源之電流； © 一感測電阻’耦接於該輸入電壓源； 一具有第二通道長寬比之第二電晶體，包含： 一第一端’叙接於該感測電阻； 一第二端，耦接於該第一電晶體之該第二端；以及 一控制端，用來接收該電流控制訊號； 一比較器，包含： 一正輸入端，用來接收一第一參考電壓； G 一負輸入端，耦接於該感測電阻，用來接收一感測電壓； 以及 -輸出端’絲根魏比抑之該正輸人端無負輸入端 所接收之訊號，輸出一限流控制訊號；以及 一誤差放大器，包含： 一負輸入端’用來接收一第二參考電壓. 一正輸入端，用來接收該輸出電壓源之分壓； -輸出端，縣差放大n餘據該第二參考電顯該輸出 電壓源之分壓於該誤紐大||之該輸出端產生該電流 15 201014133 * 控制訊號；以及 -致能端’祕於該味ϋ之輸出端，以接收該限流控制 訊號來據以致能該誤差放大器產生該電流控制訊號； 其中該第一通道長寬比係大於該第二通道長寬比。 2. 如請求項1所述之低壓降穩壓器，其中當該第一參考電壓低於 該感測電壓時，該限流控制訊號係為低電位；當該第一參考電 〇 壓高於該感測電壓時，該限流控制訊號係為高電位。 3. 如請求項2所述之低壓降穩壓器，其中當該限流控制訊號係為 低電位時，該誤差放大器可根據該第二參考電壓與該輸出電壓 源之分壓來調整該電流控制訊號之電壓。 4. 如請求項2所述之健降碰H，其巾#該随控制訊號係為 间電位時，該誤差放大器不可調整該電流控制訊號之 。 Ο 5. 如請求項1所述之低壓降穩壓器，另包含： 一第一電阻，耦接於該輸出電壓源；以及 第一電阻，耦接於該第一電阻與一地端之間，並耦接於該誤 差放大器之該正輸入端以提供該輸出電壓源之分壓。 6. 如明求項1所述之低壓降穩壓器，其中該電流控制訊號之電壓 越低該第-電晶體所輪出之輸出電壓源之電流越大；該電流 201014133 控制訊號之電壓越高， 流越小。 該第〆電晶體所輪出 之輪出電壓源之電

   如請求項1所述之低壓降穩壓器，其中該第一 電晶體係為$通道金氧半導體電晶體。 電晶體與該第二 8.如請求項1所述之低壓降穩壓器，另包含： © 一參考電阻，耦接於該輸入電壓源與該比較器之正輸入端之 間；以及 一參考電流源，耦接於該參考電阻與一地端之間； 其中該參考電阻係用來提供該第一參考電壓。 十一、圖式： 17