TWI411903B - 低壓差穩壓器 - Google Patents

Description

低壓差穩壓器

本發明是有關於一種低壓差穩壓器，且特別是有關於一種具有快速暫態響應的低壓差穩壓器。

傳統常見之電壓轉換電路有兩種：交換式穩壓器(switching regulator)以及線性穩壓器(linear regulator)，其中在降壓應用中常使用的線性穩壓器為低壓降穩壓器(low drop out regulator，LDO regulator)。低壓降穩壓器具有低生產成本、電路簡單和低噪音等特點，能夠提供穩定輸出電壓，因此被廣泛地應用於各種攜帶式電子產品上。其中，響應速度和系統穩定度是評估電壓轉換電路的重要參數。

本發明提供一種具有快速暫態響應的低壓差穩壓器。

本發明提出一種低壓差穩壓器，包括一誤差放大器、一功率電晶體、一第一分壓單元、一補償控制單元以及一補償偏壓電流源。其中誤差放大器依據一第一參考電壓以及一回授電壓產生一控制電壓。功率電晶體之閘極耦接誤差放大器，功率電晶體之源極耦接電源電壓，功率電晶體依據控制電壓而於其汲極產生一輸出電壓。第一分壓單元耦接於功率電晶體的汲極與接地之間，分壓輸出電壓以產生回授電壓。補償控制單元耦接於功率電晶體之閘極與汲 極之間，依據控制電壓、輸出電壓與一補償偏壓產生一補償控制訊號。補償偏壓電流源耦接誤差放大器，依據補償控制訊號提供一補償偏壓電流給低壓差穩壓器。

在本發明之一實施例中，更包括一電壓及溫度補償模組，其耦接補償控制單元產生補償偏壓，並依據電源電壓以及環境溫度的變化調整補償偏壓，其中補償偏壓與電源電壓以及環境溫度成反比。

在本發明之一實施例中，上述之低壓差穩壓器，更包括一偏壓電流源，其耦接誤差放大器，提供誤差放大器一偏壓電流。

基於上述，本發明利用補償控制單元依據功率電晶體閘極的控制電壓、低壓差穩壓器的輸出電壓與電壓及溫度補償模組產生的補償電壓來輸出一補償控制訊號，以使補償偏壓電流源提供誤差放大器一額外的補償偏壓電流，進而加快低壓差穩壓器的負載暫態響應，並同時對電源電壓以及環境溫度的變動進行補償。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明一實施例之低壓差穩壓器的示意圖。請參照圖1，低壓差穩壓器100包括一誤差放大器102、一功率電晶體P1、一分壓單元104、一補償控制單元106、一電壓及溫度補償模組108、偏壓電流源110以及補償偏 壓電流源112。其中偏壓電流源110以及補償偏壓電流源112耦接誤差放大器102，誤差放大器102的其中一輸入端耦接一參考電壓Vref，誤差放大器102的輸出端耦接功率電晶體P1的閘極。功率電晶體P1的源極與汲極分別耦接電源電壓VDD與分壓單元104。分壓單元104耦接於功率電晶體P1的汲極、誤差放大器102的另一輸入端與接地GND之間。補償控制單元106耦接功率電晶體P1的閘極與汲極、電壓及溫度補償模組108以及補償偏壓電流源112。另外，功率電晶體P1的汲極(亦即低壓差穩壓器100的輸出端)耦接一負載電容Cout以及一負載電阻RL，負載電流Iload經由負載電阻RL流向接地GND。

其中，偏壓電流源110用以提供誤差放大器102一偏壓電流I1。誤差放大器102依據參考電壓Vref與一回授電壓Vf於其輸出端產生一控制電壓Vcon至功率電晶體P1的閘極，以調整輸出電壓Vout的電壓準位。分壓單元104對輸出電壓Vout進行分壓以產生回授電壓Vf。電壓及溫度補償模組108用以產生補償偏壓Vc，並依據電源電壓VDD以及環境溫度的變化調整補償偏壓Vc的電壓大小，其中補償偏壓Vc的電壓大小與電源電壓VDD的大小以及環境溫度的高低成反比。

另外，補償控制單元106用以偵測控制電壓Vcon以及輸出電壓Vout的電壓準位變化，並依據控制電壓Vcon、輸出電壓Vout以及補償偏壓Vc輸出一補償控制訊號Sc至補償偏壓電流源112。補償偏壓電流源112則依據補償 控制訊號Sc而提供一額外的補償偏壓電流Ic給低壓差穩壓器100，以加快低壓差穩壓器100的負載暫態響應，使低壓差穩壓器100的輸出電壓Vout可快速地被拉回穩定的狀態。

進一步來說，圖1實施例之低壓差穩壓器100可以圖2實施例的方式來實施。圖2繪示為本發明另一實施例之低壓差穩壓器的示意圖。請參照圖2，在本實施例中誤差放大器102包括P型電晶體Q5、Q6以及N型電晶體M5、M6，其中P型電晶體Q5的閘極耦接P型電晶體Q6的閘極，P型電晶體Q5的源極與汲極分別耦接電源電壓VDD以及功率電晶體P1的閘極。N型電晶體M5的閘極耦接參考電壓Vref，其汲極耦接P型電晶體Q5的汲極，N型電晶體M5的源極則耦接偏壓電流源110與補償偏壓電流源112。P型電晶體Q6的源極與汲極分別耦接電源電壓VDD以及N型電晶體M6的汲極，且P型電晶體Q6的閘極與汲極相互耦接。另外，N型電晶體M6的源極耦接至N型電晶體M5的源極，N型電晶體M6的閘極則耦接至分壓單元104。誤差放大器102利用N型電晶體M5、M6分別接收參考電壓Vref與分壓單元104所產生的回授電壓Vf，而於P型電晶體Q5與N型電晶體M5的共同接點輸出控制電壓Vcon至功率電晶體P1的閘極，以控制功率電晶體P1於其汲極輸出輸出電壓Vout。

分壓單元104包括第一電阻R1以及第二電阻R2。第一電阻R1以及第二電阻R2串接於功率電晶體P1的汲極 與接地GND之間，且第一電阻R1以及第二電阻R2的共同接點耦接N型電晶體M6的閘極，以輸出回授電壓Vf至N型電晶體M6。補償偏壓電流源112則包括一第五N型電晶體N3，其汲極與源極分別耦接N型電晶體M5、M6的共同接點與接地GND，第五N型電晶體N3的閘極則耦接至補償控制單元106。值得注意的是，上述之誤差放大器102、分壓單元104、偏壓電流源110以及補償偏壓電流源112僅為一示範性的實施例，實際應用上並不以此為限。

另外，補償控制單元106則包括第一壓降偵測單元202、第二壓降偵測單元204以及補償控制訊號產生單元206。在本實施例中，第一壓降偵測單元202包括第二P型電晶體Q2、第三P型電晶體Q3以及第二N型電晶體M2、第三N型電晶體M3。第二壓降偵測單元204包括第四P型電晶體Q4以及第四N型電晶體M4。補償控制訊號產生單元206則包括第一P型電晶體Q1以及第一N型電晶體M1。其中第二P型電晶體Q2的閘極耦接功率電晶體P1的閘極，第二P型電晶體Q2的源極與汲極分別耦接電源電壓VDD與第二N型電晶體M2的汲極。第二N型電晶體M2的閘極與源極分別耦接第三N型電晶體M3的閘極與接地GND，且第二N型電晶體M2的閘極與汲極相互耦接。第三N型電晶體M3的汲極與源極分別耦接第一N型電晶體M1的閘極與接地GND。第三P型電晶體Q3的源極與汲極分別耦接電源電壓VDD與第三N型電晶體 M3的汲極，且第三P型電晶體Q3的閘極與汲極相互耦接。

在補償控制訊號產生單元206中，第一N型電晶體M1的閘極耦接第三N型電晶體M3的汲極，第一N型電晶體M1的汲極與源極分別耦接第一P型電晶體Q1的汲極與接地GND，第一P型電晶體Q1的源極與閘極則分別耦接電源電壓VDD以及第四P型電晶體Q4的閘極。另外在第二壓降偵測單元204的部份，第四P型電晶體Q4的源極與汲極分別耦接功率電晶體P1的汲極與第四N型電晶體M4的汲極，且第四P型電晶體Q4的閘極與汲極相互耦接。第四N型電晶體M4的閘極與源極分別耦接電壓及溫度補償模組108以及接地GND。

其中第一壓降偵測單元202用以偵測誤差放大器102所輸出之控制電壓Vcon的電壓準位，並據以輸出第一補償訊號VS1。第二壓降偵測單元204用以偵測輸出電壓Vout的電壓準位，並依據輸出電壓Vout與補償偏壓Vc輸出第二補償訊號VS2。補償控制訊號產生單元206則依據第一補償訊號VS1以及第二補償訊號VS2輸出補償控制訊號，以控制補償偏壓電流源112產生補償偏壓電流Ic，進而加快低壓差穩壓器100的負載暫態響應。

舉例來說，當低壓差穩壓器100操作在重負載電流時低壓差穩壓器100為了要能提供大負載電流Iload，所以負載電容Cout必須先開始對負載電阻RL放電，此時輸出電壓Vout將會下降，同時功率電晶體P1的閘極電壓(亦即控制電壓Vcon)準位亦會被拉低。

輸出電壓Vout的下降將使得第四P型電晶體Q4的汲極和閘極電壓下降(亦即造成第二補償訊號VS2的電壓準位下降)，進而提升第一P型電晶體Q1的汲極電壓準位(亦即補償控制訊號Sc的電壓準位)，因此輸出電壓Vout的下降將造成第五N型電晶體N3的開啟，而於第五N型電晶體N3的汲極產生補償偏壓電流Ic。

另一方面，被拉低的功率電晶體P1的閘極電壓(亦即控制電壓Vcon)準位將造成補償控制單元106中第二N型電晶體M2的汲極電壓上升(亦即造成第三N型電晶體M3的閘極電壓上升)，進而使得第三N型電晶體M3的汲極電壓和第一N型電晶體M1的閘極電壓下降(亦即造成第一補償訊號VS1的電壓準位下降)。而第一N型電晶體M1的閘極電壓下降的結果將使得第一N型電晶體M1的汲極電壓上升(亦即補償控制訊號Sc的電壓準位上升)，進而開啟第五N型電晶體N3，而於第五N型電晶體N3的汲極產生補償偏壓電流Ic。因此，功率電晶體P1的閘極電壓的降低將成為提高補償偏壓電流Ic的另一推力。如此透過偵測功率電晶體P1的閘極電壓(亦即控制電壓Vcon)以及輸出電壓Vout電壓壓降，並據以提高第五N型電晶體N3閘極的閘極電壓(亦即補償控制訊號Sc的電壓準位)，便可於第五N型電晶體N3的汲極提供一額外的補償偏壓電流Ic，增強低壓差穩壓器100的負載暫態響應，使誤差放大器可快速地降低控制電壓Vcon的電壓準位，以開啟功率電晶體P1，將電流提供給負載電容Cout而達到穩壓的效 果。

圖3A繪示為習知低壓差穩壓器的負載暫態響應的HSPICE模擬示意圖。圖3B繪示為圖2實施例之低壓差穩壓器的負載暫態響應的模擬示意圖。請同時參照圖3A與圖3B，由圖3A與圖3B可明顯看出，當負載電流Iload突然由0毫安培(mA)上升至15mA時，習知低壓差穩壓器的輸出電壓將下降180毫伏特(mV)，而本發明實施例所提供之低壓差穩壓器的輸出電壓僅下降79.1mV。且當負載電流保持在15mA時，習知的低壓差穩壓器的輸出電壓下降70.5mV，而本發明僅下降21mV，由此可知本實施例之低壓差穩壓器具有較佳的負載調節率(load regulation)。另外當負載電流Iload突然由15mA降回至0mA時，習知低壓差穩壓器的輸出電壓將出現高於穩態電壓準位67.5mV的電壓突波，而本發明實施例所提供之低壓差穩壓器的電壓突波僅10.3mV。由此可知，本發明實施例所提供之低壓差穩壓器確實可大幅地改善負載暫態響應與負載調節率。

值得注意的是，為了迅速地增強低壓差穩壓器100的負載暫態響應，亦即使補償偏壓電流源112盡快地提供補償偏壓電流Ic，可設計當低壓差穩壓器100操作在無負載或輕負載時，第五N型電晶體N3的閘極偏壓略低於第五N型電晶體N3的導通電壓，以使低壓差穩壓器100在負載變化時，第五N型電晶體N3可快速地被導通而提供補償偏壓電流Ic給低壓差穩壓器100，增快低壓差穩壓器100的負載暫態響應。

另外，為了避免第五N型電晶體N3的閘極偏壓受到電源電壓VDD與環境溫度的變化而漂移。例如當電源電壓VDD或環境溫度上升時，第五N型電晶體N3的閘極偏壓(亦即補償控制訊號Sc的電壓準位)將被提高，進而使得低壓差穩壓器100在無負載時即被導通而產生補償偏壓電流Ic給低壓差穩壓器100，而使低壓差穩壓器100產生不必要的功率消耗。另外當電源電壓VDD或環境溫度下降時，補償控制訊號Sc的電壓準位將被降低，進而使得低壓差穩壓器100無法達到快速暫態響應。電壓及溫度補償模組108所產生之補償偏壓Vc可補償電源電壓VDD與環境溫度的變化，以對補償控制單元106所輸出的補償控制訊號Sc(亦即第五N型電晶體N3的閘極偏壓)進行電壓及溫度補償，減少電源電壓VDD與環境溫度的變化對第五N型電晶體N3的閘極偏壓的影響。當電源電壓VDD或環境溫度上升時，電壓及溫度補償模組108將降低補償偏壓Vc，以提高第四N型電晶體M4的汲極電壓，進而保持(或設計略微降低)第五N型電晶體N3的閘極偏壓(亦即補償控制訊號Sc的電壓準位)，避免第五N型電晶體N3受到電源電壓VDD或環境溫度的變化而導通。反之當電源電壓VDD或環境溫度下降時，則設計第五N型電晶體N3的閘極偏壓保持不變(或略微升高)。

詳細來說，上述之電壓及溫度補償模組108的實施方式可如圖4所示，圖4繪示為本發明一實施例之電壓及溫度補償模組的示意圖。請參照圖4，電壓及溫度補償模組 108包括能隙參考電壓產生單元402、電壓補償單元404以及溫度補償單元406。其中溫度補償單元406耦接能隙參考電壓產生單元402以及電壓補償單元404。能隙參考電壓產生單元402用以產生與電源電壓、環境溫度成正比的第二參考電壓VOPG1以及第二參考電壓VOPG2，電壓補償單元404用以依據電源電壓VDD的變化輸出電壓補償控制信號SV。另外溫度補償單元406則依據第二參考電壓VOPG1、第三參考電壓VOPG2、以及電壓補償控制信號SV進行溫度補償與電壓補償，以輸出補償偏壓Vc。

在本實施例中，電壓補償單元404包括分壓單元408、比較單元A1~A3以及解譯單元410。溫度補償單元406則包括第一補償電晶體T1、第二補償電晶體T2、電流比例調整單元412、開關SW1~SW3以及阻抗單元RV1~RV3。

其中分壓單元408耦接於電源電壓VDD與接地GND之間，分壓單元408可例如以圖4之串聯於電源電壓VDD與接地GND之間的電阻R3、R4來實現。比較單元A1~A3分別具有兩輸入端，其中比較單元A1~A3的正輸入端耦接至分壓單元408以接收分壓單元408所輸出的分壓電壓Vd，比較單元A1~A3的負輸入端依序耦接參考電壓Vr1、Vr2以及Vr3，比較單元A1~A3的輸出端則耦接解譯單元410。解譯單元410則耦接至溫度補償單元406。

另外，在溫度補償單元406中第一補償電晶體T1的通道寬度/通道長度比大於第二補償電晶體T2的通道寬度/通道長度比，且第一補償電晶體T1、第二補償電晶體T2 的閘極耦接能隙參考電壓產生單元402，以分別接收產生第二參考電壓VOPG1與第三參考電壓VOPG2，第一補償電晶體T1、第二補償電晶體T2的源極與汲極則分別耦接電源電壓VDD與電流比例調整單元412。另外開關SW1~SW3則分別與對應的阻抗單元RV1~RV3串接於電流比例調整單元412與接地GND之間，其中阻抗單元RV1~RV3可例如以電晶體或電阻來實施，阻抗單元RV1~RV3具有不同的阻抗值(在本實施例中假設RV1>RV2>RV3)。第一補償電晶體T1、第二補償電晶體T2用以分別於其汲極輸出正溫度補償電流Ip與負溫度補償電流In，而電流比例調整單元412可例如為一電阻Rd。透過將第二補償電晶體T2的汲極耦接至電阻Rd上不同的位置即可得到不同的輸出補償偏壓Vc，調整不同第一補償電晶體T1比例與第二補償電晶體T2比例決定正溫度補償電流Ip與負溫度補償電流In的電流混合比例，以得到電流值不受溫度影響的溫度補償電流It，或與溫度成正比的溫度補償電流It，或與溫度成反比的溫度補償電流It(在本實施例中溫度補償電流It設計為與溫度成反比)。

當電源電壓VDD下降時，分壓單元408分壓電源電壓VDD而輸出的分壓電壓Vd也隨之下降。比較單元A1~A3分別將參考電壓Vr1、Vr2以及Vr3與分壓電壓Vd進行比較，並將比較的結果輸出至解譯單元410。其中參考電壓Vr1、Vr2以及Vr3分別具有不同的電壓值(在本實施例中假設Vr1<Vr2<Vr3)，而比較單元A1~A3依據比 較的結果於其輸出端輸出對應的電壓邏輯準位。在不同電壓值的電源電壓VDD的情形下，參考電壓Vr1~Vr3與分壓電壓Vd的比較結果可如表1所示：

其中“0”代表比較單元的輸出為低電壓邏輯準位，“1”則代表比較單元的輸出為高電壓邏輯準位。解譯單元410依據比較單元A1~A3的比較結果輸出電壓補償控制信號SV開啟對應的開關，以調整補償偏壓Vc。由表1可看出，當電源電壓VDD下降越多時，被開啟的開關對應的阻抗單元的阻抗值越大，因此輸出的補償偏壓Vc也越大。例如當電源電壓VDD為1.6V~1.79V時，比較單元A1~A3的輸出依序為低電壓邏輯準位(0)、低電壓邏輯準位(0)以及高電壓邏輯準位(1)，解譯單元410依據此三個電壓邏輯準位的高低輸出電壓補償控制信號SV以關閉開關SW2與SW3，並開啟開關SW1，以使溫度補償電流It可流經阻抗值較大的阻抗單元RV1而產生較大的補償偏壓Vc。

另外，適當地設計補償控制單元106所產生之補償控制訊號Sc的電壓值還可使低壓差穩壓器100具有良好的穩 定度，且當電流負載變大時可延伸迴路頻寬。以下將舉例說明當負載電容Cout極小時，低壓差穩壓器100的頻率響應特性。圖5繪示為圖1實施例之低壓差穩壓器100的頻率響應波德圖。請同時參照圖1與圖5，低壓差穩壓器100具有兩個極點Pa與Po，其中極點Pa由功率電晶體P1閘極上的等效電阻Ra(未繪示)與等效電容Ca(未繪示)所提供，而極點Po則由功率電晶體P1汲極上的等效電阻Ro(未繪示)並聯分壓單元104的電阻與等效電容Co(未繪示)所提供。由於本實施例假設負載電容Cout為極小，因此低壓差穩壓器100的主極點為極點Pa。

當輸出負載電流Iload愈大時，由於等效電阻Ra與等效電阻Ro為反比於輸出負載電流Iload，因此極點Pa與Po皆愈往頻率高的方向移動，此時可透過上述功能經由圖2之補償控制單元106設計適當的補償控制訊號Sc的電壓值，以使極點Po往頻率高的方向移動的速度大於或等於極點Pa，便可確保低壓差穩壓器100在輕負載電流時能穩定，且在重負載電流時能更加地穩定。如圖5所示，當極點Po移動的速度大於極點Pa時(亦即極點Po與極點Po’間的距離大於極點Pa與極點Pa’間的距離時)，移動後迴路頻寬被延伸、相位邊際(phase margin)變大，代表低壓差穩壓器100處於更穩定的狀態。值得注意的是，在其他實施例中，當負載電容Cout足夠大時，主極點將由極點Pa變為極點Po。此時則必須以相反的理念設計補償控制訊號Sc的電壓值，使極點Pa往頻率高的方向移動的速度大於 或等於極點Po，才可確保低壓差穩壓器100處於穩定的狀態。

綜上所述，本發明利用補償控制單元依據功率電晶體閘極的控制電壓、低壓差穩壓器的輸出電壓與電壓及溫度補償模組產生的補償偏壓來輸出一補償控制訊號，以使補償偏壓電流源提供誤差放大器一額外的補償偏壓電流，進而加快低壓差穩壓器的負載暫態響應，並同時對電源電壓以及環境溫度的變動進行補償。其中，透過適當地設計補償控制訊號的電壓準位(亦即將實現補償偏壓電流源的N型電晶體的閘極偏壓設計為略低於其導通電壓)可快速地增強低壓差穩壓器的負載暫態響應。另外，而適當地設計補償偏壓值則可使低壓差穩壓器操作在重負載電流時，確保低壓差穩壓器的次極點往高頻率方向的移動速率高於主極點的移動速率，進而確保低壓差穩壓器的迴路頻寬處於更加穩定的狀態。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧低壓差穩壓器

102‧‧‧誤差放大器

104、408‧‧‧分壓單元

106‧‧‧補償控制單元

108‧‧‧電壓及溫度補償模組

110‧‧‧偏壓電流源

112‧‧‧補償偏壓電流源

202、204‧‧‧壓降偵測單元

206‧‧‧補償控制訊號產生單元

402‧‧‧能隙參考電壓產 生單元

404‧‧‧電壓補償單元

406‧‧‧溫度補償單元

410‧‧‧解譯單元

412‧‧‧電流比例調整單元

P1‧‧‧功率電晶體

Vref‧‧‧參考電壓

VDD‧‧‧電源電壓

GND‧‧‧接地

Cout‧‧‧負載電容

RL‧‧‧負載電阻

Iload‧‧‧負載電流

I1‧‧‧偏壓電流

Vf‧‧‧回授電壓

Vcon‧‧‧控制電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

Vc‧‧‧補償偏壓

Sc‧‧‧補償控制訊號

Ic‧‧‧補償偏壓電流

Q1~Q6‧‧‧P型電晶體

M1~M6、N1、N3‧‧‧N型電晶體

R1~R4、Rd‧‧‧電阻

VS1、VS2‧‧‧補償訊號

VOPG1、VOPG2‧‧‧參考電壓

SV‧‧‧電壓補償控制信 號

A1~A3‧‧‧比較單元

T1、T2‧‧‧補償電晶體

SW1~S3‧‧‧開關

RV1~RV3‧‧‧阻抗單元

Pa、Pa’、Po、Po’‧‧‧極點

Vd‧‧‧分壓電壓

Vr1、Vr2、Vr3‧‧‧參考電壓

Ip‧‧‧正溫度補償電流

In‧‧‧負溫度補償電流

It‧‧‧溫度補償電流

圖1繪示為本發明一實施例之低壓差穩壓器的示意圖。

圖2繪示為本發明另一實施例之低壓差穩壓器的示意 圖。

圖3A繪示為習知低壓差穩壓器的負載暫態響應的模擬示意圖。

圖3B繪示為圖2實施例之低壓差穩壓器的負載暫態響應的模擬示意圖。

圖4繪示為本發明一實施例之電壓及溫度補償模組的示意圖。

圖5繪示為圖1實施例之低壓差穩壓器的頻率響應波德圖。

100‧‧‧低壓差穩壓器

102‧‧‧誤差放大器

104‧‧‧分壓單元

106‧‧‧補償控制單元

108‧‧‧電壓及溫度補償模組

110‧‧‧偏壓電流源

112‧‧‧補償偏壓電流源

P1‧‧‧功率電晶體

Vref‧‧‧參考電壓

VDD‧‧‧電源電壓

GND‧‧‧接地

Cout‧‧‧負載電容

RL‧‧‧負載電阻

Iload‧‧‧負載電流

I1‧‧‧偏壓電流

Vf‧‧‧回授電壓

Vcon‧‧‧控制電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

Vc‧‧‧補償偏壓

Sc‧‧‧補償控制訊號

Ic‧‧‧補償偏壓電流

Claims (13)

1. 一種低壓差穩壓器，包括：一誤差放大器，依據一第一參考電壓以及一回授電壓產生一控制電壓；一功率電晶體，其閘極耦接該誤差放大器，該功率電晶體之源極耦接一電源電壓，依據該控制電壓而於其汲極產生一輸出電壓；一第一分壓單元，耦接於該功率電晶體的汲極與一接地之間，分壓該輸出電壓以產生該回授電壓；一補償控制單元，耦接於該功率電晶體之閘極與汲極之間，依據該控制電壓、該輸出電壓與一補償偏壓產生一補償控制訊號，其中該補償偏壓與該電源電壓以及環境溫度成反比；以及一補償偏壓電流源，耦接該誤差放大器，依據該補償控制訊號提供一補償偏壓電流給該低壓差穩壓器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低壓差穩壓器，更包括：一電壓及溫度補償模組，耦接該補償控制單元，產生該補償偏壓，並依據該電源電壓以及環境溫度的變化調整該補償偏壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之低壓差穩壓器，更包括：一偏壓電流源，耦接該誤差放大器，提供該誤差放大器一偏壓電流。
4. 如申請專利範圍第1項所述之低壓差穩壓器，其中該第一分壓單元包括：一第一電阻；以及一第二電阻，與該第一電阻串接於該功率電晶體的汲極與一接地之間，並於該第一電阻與該第二電阻的共同接點上產生該回授電壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述之低壓差穩壓器，其中該補償控制單元包括：一第一壓降偵測單元，耦接該功率電晶體之閘極，偵測該控制電壓，並依據該控制電壓的電壓準位變化輸出一第一補償訊號；一第二壓降偵測單元，耦接該功率電晶體之汲極，偵測該輸出電壓，並依據該輸出電壓的電壓準位變化以及該補償偏壓輸出一第二補償訊號；以及一補償控制訊號產生單元，耦接該第一壓降偵測單元與該第二壓降偵測單元，依據該第一補償訊號與該第二補償訊號輸出該補償控制訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之低壓差穩壓器，其中該補償控制訊號產生單元包括：一第一P型電晶體，其閘極耦接該第二壓降偵測單元，該第一P型電晶體的源極與汲極分別耦接該電源電壓與該補償偏壓電流源；以及一第一N型電晶體，其閘極耦接該第一壓降偵測單元，該第一N型電晶體的汲極與源極分別耦接該第一P型 電晶體的汲極與該接地。
7. 如申請專利範圍第6項所述之低壓差穩壓器，其中該第一壓降偵測單元包括：一第二P型電晶體，其閘極耦接該功率電晶體的閘極，該第二P型電晶體的源極耦接該電源電壓；一第二N型電晶體，其閘極與汲極相耦接，該第二N型電晶體的汲極與源極分別耦接該第二P型電晶體的汲極與一接地；一第三P型電晶體，其閘極與汲極相耦接，該第三P型電晶體的源極與汲極分別耦接該電源電壓與該第一N型電晶體的閘極；以及一第三N型電晶體，其閘極耦接該第二N型電晶體的閘極，該第三N型電晶體的汲極與源極分別耦接該第三P型電晶體的汲極與該接地。
8. 如申請專利範圍第6項所述之低壓差穩壓器，其中該第二壓降偵測單元包括：一第四P型電晶體，其閘極耦接該第一P型電晶體的閘極，該第四P型電晶體的源極耦接該輸出電壓，該第四P型電晶體的汲極耦接該第四P型電晶體的閘極；以及一第四N型電晶體，其閘極耦接該補償偏壓，該第四N型電晶體的汲極與源極分別耦接該第四P型電晶體的汲極與該接地。
9. 如申請專利範圍第1項所述之低壓差穩壓器，其中該補償偏壓電流源包括： 一第五N型電晶體，其閘極耦接該補償控制單元，該第五N型電晶體的汲極與源極分別耦接該誤差放大器與該接地。
10. 如申請專利範圍第9項所述之低壓差穩壓器，其中當該低壓差穩壓器操作在低負載時，該第五N型電晶體之閘極偏壓略低於該第五N型電晶體之導通電壓。
11. 如申請專利範圍第1項所述之低壓差穩壓器，其中該電壓及溫度補償模組包括：一能隙參考電壓產生單元，產生一第二參考電壓與一第三參考電壓；一電壓補償單元，依據該電源電壓的變化輸出一電壓補償控制信號；以及一溫度補償單元，耦接該能隙參考電壓產生單元以及該電壓補償單元，依據該第二參考電壓、該第三參考電壓以及該電壓補償控制信號進行溫度補償與電壓補償，以輸出該補償偏壓。
12. 如申請專利範圍第11項所述之低壓差穩壓器，其中該電壓補償單元包括：一第二分壓單元，分壓該電源電壓以輸出一分壓電壓；多個比較單元，耦接該第二分壓單元，將該分壓電壓分別與多個第四參考電壓進行比較；以及一解譯單元，解譯該些比較單元的比較結果以輸出該電壓補償控制信號。
13. 如申請專利範圍第11項所述之低壓差穩壓器，其中該溫度補償單元包括：一第一補償電晶體，其閘極耦接該第二參考電壓，該第一補償電晶體之源極耦接該電源電壓，該第一補償電晶體於其汲極輸出一正溫度補償電流；一第二補償電晶體，其閘極耦接該第三參考電壓，該第二補償電晶體之源極耦接該電源電壓，該第二補償電晶體於其汲極輸出一負溫度補償電流；一電流比例調整單元，耦接該第一補償電晶體、該第二補償電晶體與該補償控制單元，調整該正溫度補償電流與該負溫度補償電流的比例，以輸出一溫度補償電流；多個阻抗單元，各該阻抗單元具有不同的阻抗值；以及多個開關，各該開關的一端耦接該電流比例調整單元，各該開關的另一端耦接對應的阻抗單元，該些開關受控於該電壓補償控制信號，以於該些開關與該電流比例調整單元的共同接點產生該補償偏壓。