TWI493316B

TWI493316B - 具有一部件測試電路的電壓調節器及形成其之方法及形成一測試電路的方法

Info

Publication number: TWI493316B
Application number: TW099133127A
Authority: TW
Inventors: Pavel Horsky; Petr Kamenicky
Original assignee: Semiconductor Components Ind
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2015-07-21
Also published as: CN102075086A; HK1156155A1; TW201133173A; CN102075086B; US20110115520A1; US8179156B2

Description

具有一部件測試電路的電壓調節器及形成其之方法及形成一測試電路的方法

本發明一般涉及電子器件，且更具體地涉及半導體、其結構以及形成半導體器件的方法。

在過去，半導體工業使用各種方法和結構來形成可用於向負載提供已調節電壓的電壓調節器電路。在使用調節器向負載供電的應用中，濾波電容器一般連接到電壓調節器的輸出，以便從電壓濾除雜訊並向負載提供所儲存的能量或在調節器控制回路中形成主極點。在一些情況中，電容器的等效串聯電阻增加或電容器值減小，這導致輸出電壓中的雜訊量增加或也可導致控制回路的不穩定性。在其他情況中，電容器和電壓調節器的輸出之間的連接可能變得受到損壞，使得電容器不再被連接，從而也導致輸出電壓上的雜訊量的增加或控制回路不穩定性，因為電容器的濾波作用不再有效。

圖1示意性示出了用於檢測缺少的電容器的現有技術電路。圖1的電路使用峰值檢測器來檢測輸出電壓的交流部分何時增加到特定的值之上。調節器包括由電阻器R1-R3示出的回饋電路。在週期性的時間間隔處，週期性脈衝被施加到電晶體T1以週期性地啟動電晶體T1並使電阻器R3的值短路，從而週期性地改變電阻分壓器和回饋電壓的值。在週期性脈衝被施加到電晶體T1的時間間隔過程中，峰值檢測器將對輸出電壓的交流部分的增加的值檢查輸出電壓。如果檢測到增加，就假定電容器是缺少的。但是，週期性地改變電阻分壓器的值還導致輸出電壓的不希望有的改變和過沖。另一個問題是，EMI也可引起輸出電壓上的交流信號，且圖1的電路不能檢測到EMI干擾和缺少的電容器之間的差別。

因此，希望有檢測缺少的電容器並確定外部耦合的EMI干擾和缺少的電容器之間的差別的方法和電路。

為了說明的簡單和清晰，圖中的元件不一定按比例繪製，且不同圖中的相同的參考標號指示相同的元件。另外，為了描述的簡單，公知的步驟和元件的描述和細節被省略。如本文所使用的，載流電極意指器件中承載通過該器件的電流的元件，例如MOS電晶體的源極或汲極或雙極電晶體的發射極或集電極或二極體的陰極或陽極，且控制電極意指器件中控制通過該器件的電流的元件，例如MOS電晶體的閘極或雙極電晶體的基極。儘管所述器件在本文中被解釋為某種N溝道器件或P溝道器件，但是本領域普通技術人員應認識到，依照本發明，互補器件也是可能的。本領域技術人員應認識到，如這裏所使用的涉及電路工作的詞「在...的期間、在...的時候和當...的時候」並不是表示一有啟動行為就會馬上發生行為的精確的術語，而是表示可能有一些小的但是合理的延遲，例如在由初始行為激起的反應之間的傳播延遲。另外，術語「同時」意味著某個行為至少在啟動行為的持續時間的某個部分內出現。詞「大約」或「實質上」的使用意指元件的值的參數被預期非常接近於規定值或位置。然而，如在本領域內眾所周知的，總有較小的差異阻止值或位置確切地如規定的那樣。在本領域中充分確定，直到至少百分之十(10%)(且對於半導體摻雜濃度直到百分之二十(20%))的差異是偏離確切地如所描述的理想目標的合理差異。當參考信號的狀態使用時，詞「有效」意指信號的活動狀態，且「非活動」意指信號的非活動狀態。信號的實際電壓值或邏輯狀態(例如「1」或「0」)取決於使用的是正邏輯還是負邏輯。因此，「有效」可以是高電壓或高邏輯或低電壓或低邏輯，取決於使用的是正邏輯還是負邏輯，且「無效(negated)」可以是低電壓或低邏輯或高電壓或高邏輯，取決於使用的是正邏輯還是負邏輯。本文中使用正邏輯約定，但本領域技術人員理解，也可使用負邏輯約定。

圖2示意性示出了包括電壓調節器25的例子的實施方式的一部分的電壓調節系統20的例子。電壓調節器25設置為具有部件測試電路，該部件測試電路除其他功能外還檢測在調節器25的輸出上的缺少的輸出電容器並確定在缺少的輸出電容器和由EMI干擾在輸出電壓的直流值上引起的交流信號之間的差。如在下文中將進一步看到的，調節器25和所包括的部件測試電路還設置為檢測可導致包括調節器25的控制回路中的不穩定性的各種部件故障，其中這些部件故障可使交流信號出現在輸出電壓的直流值上。這些部件故障除其他情況外還包括輸出電容器缺少、輸出電容器和調節器25的輸出之間的缺少的連接、電容器的值的變化、電容器的等效串聯電阻值的增加或在調節器25的輸出和連接到該輸出的負載之間的任何連接的電阻的增加，包括在調節器25的輸出和輸出電容器之間的電阻的增加。如本文所使用的，術語「部件故障」指這些類型的部件故障。調節器25還設置為檢測在這樣的部件故障和由EMI干擾在直流輸出電壓上引起的交流信號之間的差。

節器25包括設置為從電壓源18接收輸入電壓例如DC電壓的輸入端子或輸入26。調節器25還包括一般連接到公共電壓值例如源18的負電壓的公共電壓返回端子或返回27。調節器25設置為在輸出57上形成已調節的輸出電壓以向負載例如負載17提供功率。輸出電容器16連接到輸出57以濾除輸出電壓上的一些雜訊並提供記憶元件以幫助向負載17供電。調節器25一般包括被耦合以接收代表在輸出57上形成的輸出電壓的回饋(FB)信號的誤差放大器82，使得調節器25可回應於回饋信號的值來調節輸出電壓的值。因此，放大器82還從參考發生器電路(被示為Ref 1)接收參考電壓，且調節器25調節輸出電壓，使得FB信號實質上等於參考電壓。調節器25還包括檢測電路60、電流控制電路33、評估電路90、以及包括電晶體48、51、53、54、86和87以及逆變器88的輸出電路。輸出電路的多工器電路85包括電晶體86和87連同逆變器88。在大多數實施方式中，調節器25還包括形成相應的過電壓(OV)和欠電壓(UV)信號的過電壓(OV)檢測電路和欠電壓(UV)檢測電路。對於圖2中示出的調節器25的實施方式，比較器95被示為欠電壓(UV)檢測電路且比較器96被示為過電壓(OV)檢測電路。本領域技術人員將認識到，電阻器97-99和參考電壓發生器(Ref 3)也是OV和UV檢測電路的一部分。在一些實施方式中，調節器25還可包括被耦合以從輸入26接收輸入電壓並在輸出31上形成用於操作調節器25的一些元件的內部操作電壓的內部電壓調節器30。

本領域技術人員將認識到，輸出電容器16形成影響包括調節器25的系統20的控制回路的穩定性的主極點。在一些實施方式中，放大器82還可包括穩定性補償元件以補償控制回路的頻率回應，使得控制回路對於控制回路操作所在的頻率範圍是穩定的，且在其他的實施方式中放大器82可能沒有這樣的補償元件。如果電容器16缺少或未連接，頻率補償變化和控制回路可能變得不穩定並在輸出電壓的直流值上形成交流信號。另外地，其他的部件故障也可改變主極點的中心頻率並使它在頻率上移動，這也可引起不穩定性並導致輸出電壓的直流值上的交流信號。由部件故障造成的輸出電壓上的交流信號可導致負載17的不正確操作或可損壞負載17。因此，可能希望檢測到這樣的部件故障並將這樣的故障與EMI引起的交流信號區分開。

檢測電路60設置為檢測在輸出電壓上形成的交流信號並包括形成所檢測的(DT)控制信號的輸出。對於在圖2中示出的調節器25的示例性實施方式，電路60包括放大器68、電晶體69、電容器62、73和74、電阻器63、64、75和72、比較器78以及參考發生器電路(示為Ref 2)。電流控制電路33設置為形成在電路33的輸出上有實質上固定的值的控制信號。電流控制電路33的示例性實施方式包括輸出45、開關(例如電晶體44)、電阻器35和38、記憶元件(例如電容器36)以及電壓到電流轉換器例如放大器40和電晶體42。調節器25的一些元件例如放大器82和Ref 3從調節器30的輸出31上的內部操作電壓操作。調節器25的大多數元件例如電路33和60使用實質上等於輸出57上的輸出電壓的值的操作電壓。儘管為了附圖的清楚在圖2中未被示出，放大器40、比較器95和96以及評估電路90一般也從實質上等於輸出電壓的值的電壓操作。本領域技術人員應認識到，電路33和60從與輸出電壓實質上相等的電壓操作，因為它比來自調節器30的內部操作電壓更多地被調節。但是，只要操作電壓被足夠地調節，操作電壓的源就可能不同。

如在下文中將進一步見到的，調節器25被形成為包括兩個操作模式-正常操作模式和開放回路操作模式。調節器25形成用於為電容器16充電和向負載17提供電流的輸出電流56。在正常操作模式中，調節器25作為閉合回路控制系統操作並回應於回饋信號來調節輸出電壓的值和電流56的值。調節器25將輸出電壓調節到目標值附近的值的範圍內的目標值。例如，目標值可以是五伏(5v)，且值的範圍可以是五伏加或減百分之五(5%)。當以開放回路操作模式操作時，調節器25作為開放回路系統操作且不使用FB信號的值以形成輸出電壓或調節輸出電壓。在較佳的實施方式中，調節器25的開放回路操作模式回應於具有實質上固定的值的信號而不是回應於回饋信號來形成輸出電壓和電流56。在其他實施方式中，調節器25在開放回路操作模式過程中可能不提供電流56。

評估電路90設置為使調節器25以開放回路操作模式或正常操作模式操作，且還設置為確定部件故障的不存在或存在，並確定在由EMI引起的信號和部件故障之間的差。對於圖2中示出的調節器25的示例性實施方式，電路90包括形成開放回路控制信號或OL信號的輸出以及形成故障(FL)控制信號或FL信號的另一個輸出。在較佳的實施方式中，電路90是數位邏輯電路。

圖3是具有示出了在調節器25的操作期間形成的一些信號的一些狀態或值的曲線的圖。橫坐標表示時間，而縱坐標表示所示出的信號的增加值。曲線105示出了輸出57上的輸出電壓的值。曲線108示出了電路60的輸出上的DT信號的值。曲線111示出了電路90的OL信號，且曲線119示出了電路90的FL信號。曲線117示出了通常在電路90內部的TBT控制位元或標誌位元的狀態。曲線124示出了比較器96的輸出上的OV信號，且曲線127輸出了比較器95的輸出上的UV信號。本領域技術人員應認識到，在輸出57上的輸出電壓上形成的交流信號可能不是具有平穩振幅和週期的週期性交流信號，而是可能具有不同的頻率和幅度。因此，僅為了附圖的清楚，曲線105示出了交流信號作為規則交流信號，且由曲線105示出的波形的形狀不被預期為代表在輸出電壓的直流值上形成的交流信號的波形。

圖4是示出了由調節器25執行的一些操作或調節器25的操作狀態的簡化的流程圖。這個描述參考圖2、圖3和圖4，以便解釋調節器25的操作。

在例如從電壓源18向調節器25供電之後，調節器25被初始化以在正常操作模式中操作。這可從圖4的流程圖中看到，其中在流程圖塊200、202和203中示出了當啟動時調節器25使電路90的輸出上的OL和FL信號無效，其後跟隨在塊203中的穩定時間以允許調節器25的電路穩定。假定使用正邏輯約定，電路90迫使電路90的OL輸出上的OL信號為低以使OL信號無效。低OL信號禁用電晶體87並通過逆變器88啟動電晶體86。啟動電晶體86使誤差信號從放大器82的輸出耦合到節點49，這使電流50流經電晶體48。放大器82的輸出上的誤差信號在放大器82的輸出上形成電流80，使得電流80代表誤差信號。電流80流經電晶體48作為電流50。電晶體48在電流鏡設置中與電晶體51連接，因此，電晶體48中的電流50使電流52流經兩個電晶體51和53。由於電流鏡設置，電流52與電流50的值成比例，因此與電流80成比例。電晶體53在電流鏡設置中與輸出電晶體54連接，從而使電流55流經電晶體54，因此，電流55與電流52成比例且與電流50成比例，因此與誤差信號的值成比例。電流55的很小的部分流經電阻器13和14，以便形成FB信號；但是，電流55的大部分流經輸出57作為輸出電流56。本領域技術人員應認識到，當負載17處於斷電狀態時，電流56的值可變得更小，因此，流經電阻器13和14的值可以是電流55的較大百分比，但電流56仍然大於流經電阻器13和14的電流。如可看到的，當輸出57上的輸出電壓的值在正常操作模式過程中變化時，節點15上的回饋信號的值也改變，從而使輸出電流56的值也改變，以便調節輸出電壓的值。因此，調節器25不是切換式調節器且不在接通狀態和關斷狀態之間轉換輸出電流56以調節輸出電壓。

電晶體48還在電流鏡設置中與電晶體47相連接，從而形成通過電晶體47的與電流50的值成比例因此與電流80的值成比例的電流46。電流46還流經電路33的電阻器35，形成電阻器35兩端的電壓，其代表由誤差放大器82形成的誤差信號。因為電路33的電晶體44是P溝道電晶體，來自電路90的低OL信號也啟動電晶體44。啟動電晶體44允許電容器36被充電到實質上與在電阻器35兩端形成的相同的電壓，因此在電容器36上形成代表由放大器82形成的誤差信號的平均值的電壓。放大器40、電晶體42和電阻器38形成電壓到電流轉換器電路，其形成了代表來自放大器82的誤差信號的流經電路33的輸出45的電流43。但是，來自電流90的低OL信號保持電晶體87被禁用，使得電流43不被連接以影響輸出57上的輸出電壓的值。

電路60從電路60的輸入61上的輸出57接收輸出電壓。電容器74和電阻器75形成用於提供操作電壓以操作包括放大器68和比較器78的電路60的元件的電壓源。電容器74通過電阻器75從輸入61接收輸入電壓，這將電容器74充電到與輸出57上的輸出電壓實質上相等的電壓。因此，電容器74在節點77上形成用於電路60的元件的操作電壓。電阻器75和電容器74形成減少節點77上的雜訊的濾波器，從而提高電壓的品質。本領域技術人員應認識到，在電阻器75兩端可能有某個小的電壓降，但是在節點77處的電壓實質上等於輸出57上的輸出電壓的值。電路60還接收輸入61上的輸入電壓，以便檢測可在輸出57上的輸出電壓的直流值上形成、因此影響該直流值的交流信號。電容器62將電路60的檢測電路從輸出57上的輸出電壓的直流值解耦，從而只允許輸出電壓的交流分量或交流信號耦合到放大器68。電阻器63和64在節點65提供偏置電壓，以便將放大器68的非反相輸入偏置到便於檢測來自電容器62的交流信號的值。如果在輸出電壓上沒有形成交流信號，放大器68在節點70上形成與節點65上的偏置電壓實質上相等的電壓，因此，電容器73被充電到與節點65上的電壓實質上相等的電壓。來自Ref 2的電壓的值被選擇為使得比較器78的輸出對於電容器73上的電壓的這個值是無效的。如果在輸出57上的輸出電壓的直流值上有交流信號，交流信號的交流分量越過電容器62耦合到放大器68的非反相輸入，使放大器68增加節點70上的電壓的值，這將電容器73上的電壓增加到實質上等於節點65偏置電壓加上交流信號的峰值的值。添加到電容器73的電壓的另外的電壓迫使比較器78的輸出為高，從而使所檢測(DT)的控制信號有效。因此，電路60檢測輸出電壓上的交流信號的存在並回應性地使DT控制信號有效。本領域技術人員將認識到，除交流信號的峰值之外的其他值可用於檢測交流信號的存在。

在較佳的實施方式中，電容器62連同電阻器63和64一起形成具有在待檢測的交流信號的頻率之下的拐角頻率的高通濾波器。電容器73和電阻器72形成將交流信號從在節點70上形成的信號濾除的低通濾波器。放大器68的增益帶寬積限制了可由電路60檢測的交流信號的最大頻率。在一個示例性實施方式中，在輸出電壓上形成的交流信號的頻率具有大約二到五兆赫茲(2-5 MHz)的頻率，且電路60的頻率範圍大約是一到十兆赫茲(1-10 MHz)。對於這個例子。由電容器62以及電阻器63和64形成的濾波器的拐角頻率大約是六百千赫茲(600 kHz)。因為電路60使用峰值檢測，檢測器60通常檢測在交流信號的一個或兩個(1-2)週期內的交流信號。

在流程圖塊203處形成的穩定時間一般用於提供除了多工器85之外電路33和60也穩定以允許控制回路和輸出電壓穩定的時間。如由流程圖塊205所示出的，在由流程圖塊203示出的穩定延遲之後，調節器25以正常操作模式操作並回應於FB信號來調節輸出電壓的值，且電路60監控輸出電壓的直流值上的交流信號的輸出電壓。

再次參考圖3，假定在時間T交流信號開始在輸出電壓中出現。交流信號可被引起作為在輸出電壓上引起信號的EMI的結果或可由包括電容器16未連接到輸出57的部件故障引起。為了這個示例性解釋的目的，假定電容器16被連接且沒有部件故障。如曲線108在時間T0所示出的，檢測電路60檢測交流信號並使DT信號有效。電路90接收有效的DT信號並使用DT信號的狀態來確定交流信號是否在由流程圖塊207-209中的時間間隔T1所示出的時間間隔內連續出現。如果交流信號在這個時間間隔期間的任意時間停止，電路60使DT信號無效，且調節器25繼續回應於FB信號調節輸出電壓的值，如流程圖塊205-208所示出的。如果交流信號在小於T1時間間隔的時間記憶體在，就假定它們是例如由EMI引起的暫態外部干擾，且不被進一步評估。

如果交流信號在如由圖3中的時間間隔T0到T1所示出的T1時間間隔內實質上是連續的，交流信號可從包括電容器16未連接到輸出57的部件故障或從EMI干擾產生。為了確定交流信號的起因，電路90使OL信號有效，以便將調節器25設定為以開放回路操作模式操作，如流程圖塊211所示出的。高OL信號禁用電路33的電晶體44，從而使電容器36從電阻器35解耦，使得在OL信號有效時電容器36保持被充電到代表誤差信號的平均值的電壓。因此，電容器36儲存誤差信號的平均值。結果，當調節器25的較佳實施方式以開放回路操作模式操作時，無論輸出電壓的值是多少，電容器36上的電壓都保持實質上固定，因此電流43的值也保持實質上固定。高OL信號還通過逆變器88禁用電晶體86，從而使電路33解耦而不能接收代表誤差信號的信號。高OL信號還啟動將電流43耦合到電晶體48的電晶體87。因為通過電晶體48的電流現在是電流43，電晶體48和51的電流鏡設置以及電晶體53和54的電流鏡設置使輸出電流56具有與電流43的值成比例的實質上恒定的值。因此，電流56具有實質上恒定的值。如本領域技術人員應認識到的，電路33的示例性實施方式使用電容器36儲存誤差信號的平均值。當交流信號在輸出電壓上出現時，誤差信號的平均值包括不期望的交流信號的平均值。因此，誤差信號的儲存值對輸出電壓的期望值來說可能過大。因此，在較佳的實施方式中，電流56被形成為代表小於誤差信號，因此，被形成為與這樣的誤差信號值成比例。電流56的較低的值幫助將輸出電壓保持為不增加到可損壞負載17的值的值。例如，電流56可被形成為代表與誤差信號的值成比例的值，例如為誤差信號的值的大約百分之八十(80%)。可選擇電流鏡電晶體47和48的區域之間的比，以形成所述比。在其他實施方式中，電流56恰好在以開放回路操作模式操作之前可以具有與誤差信號值的不同的比或者可以具有代表誤差信號的值的實質上恒定的值，或者可以具有其他的固定值。例如，電流56可被固定到代表負載17的一般功率消耗的某個值。在其他的實施方式中，電流56可以不在開放回路操作模式期間形成，或可以對開放回路操作模式的僅僅一部分形成。

如由流程圖塊213所示出的，電路90在使OL信號有效之後初始化穩定延遲(Ts，見圖3)以允許調節器25的電路穩定並避免瞬變。OV和UV信號在穩定時間期間被檢查以確保輸出電壓保持在期望的操作範圍之內。因為對於這個例子假定電容器16被連接，並不預期輸出電壓的值使OV和UV出現。但是，如果OV或UV在穩定延遲時間間隔期間是有效的，電路90使輸出91上的故障(FL)控制信號有效作為如曲線119中的虛線120所示出的高信號，並使調節器25返回到以正常操作模式操作。這個操作序列由流程圖塊214在穩定延遲序列中示出。

回來參考圖3的波形，在時間T1之後調節器25開始以開放回路操作模式操作。如果沒有一個部件故障出現，那麼輸出電壓上的交流信號將在調節器25以開放回路操作模式操作時繼續，且檢測器60將檢測交流信號。因此，DT信號將保持有效，因為交流信號正在繼續。但是，如果一個部件故障出現，包括電容器16缺少或僅僅不再連接到輸出57，那麼交流信號將停止，因為不再有主極點連接到輸出57而引起交流信號，或因為主極點的頻率移動使得交流信號不再形成。電路90藉由判定交流信號是否實質上不變地在第二時間間隔內繼續來判定一個部件故障是否存在，或藉由判定交流信號是否在第二時間間隔期間的任意時間不存在來判定一個部件故障是否不存在。為了判定交流信號是否實質上持續地在第二時間間隔記憶體在，電路90的較佳的實施方式包括儲存將用於表示一個部件故障存在或不存在的狀態的測試位元(TBT)或標誌。流程圖塊218指示電路90確保TBT在判定一個部件故障存在或不存在的序列的開始處被重置。流程圖塊219-225示出了電路90在評估交流信號的存在時形成故障時間間隔(Tc)。在由塊221-225的回路示出的Tc時間間隔期間，如下文中將進一步看到的，電路90還檢查OV或UV信號。如果DT信號在Tc時間間隔期間實質上不變地保持為有效的，就假定沒有一個部件故障出現，且交流信號必定是外部干擾例如EMI的結果。流程圖塊222和224示出了如果DT信號保持為有效的，電路90維持測試位元(TBT)重置，但是如果DT在Tc時間間隔期間的任意時間變為無效的，電路90將TBT設定為指示交流信號的不存在和一個部件故障的存在。在Tc時間間隔終止之後，電路90使OL信號無效，並使調節器25再次以正常操作模式操作，如流程圖塊227和由圖3中的時間T1+Ts+Tc的曲線111所示出。因為交流信號在Tc時間間隔期間實質上是不變的，TBT被重置且電路90確保故障(FL)控制信號保持無效，且操作返回到正常操作模式，如流程圖塊230和204所示出的。

再次參考圖3，假定在時間T_A 交流信號開始在輸出電壓內出現。交流信號可以被引起作為在輸出電壓上引起信號的EMI的結果，或可以由包括電容器16未連接到輸出57的部件故障引起。為了這個示例性解釋的目的，假定一個故障模式出現，例如電容器16缺少或未連接到輸出57。

調節器25再次使DT信號在時間T₀₁ 有效，並判定交流信號是否實質上不變地在T1時間間隔內出現，如在前文中關於流程圖塊205-209所解釋的。如在前文中所解釋的，如果調節器25確定交流信號實質上持續地在時間間隔T1內的存在，調節器25在塊211以開放回路操作模式開始操作，如圖3中的時間T₀₁ +T1附近所示出的，且然後延遲了在流程圖塊213-215中所示出的穩定時間。在穩定延遲之後，流程圖塊218-225的操作序列如前文中所解釋的那樣被執行。但是，因為一個部件故障出現，交流信號將在使OL信號有效之後的某個時間不存在。電路60檢測交流信號的不存在，並使DT信號無效，如在時間T₀₁ +T1之後的時間由曲線108所示出的。在流程圖塊218-225的操作序列中，電路90確保TBT被重置並如前文所描述的那樣開始Tc時間間隔。因為DT信號是無效的，電路90如流程圖塊224和圖3的曲線117中所示出的那樣設定TBT位。在流程圖塊225中當Tc時間間隔終止之後，電路90使OL信號無效並將調節器25設定為再次以正常模式操作(流程圖塊227和曲線111，在時間T₀₁ +T1+Ts+Tc附近)，以便防止輸出電壓變化過量。電路90還確定TBT位元被置位，並使指示一個部件故障的存在的FL控制信號有效，如流程圖塊228和233和圖3中的曲線117和119所示出的。

除了檢測交流信號以確定部件故障外，調節器25還可使用OV和UV信號來確定電容器16是否連接到輸出57或者電容器16是否缺少。當調節器25以開放回路操作模式操作時，電流56的固定值可能改變輸出電壓的值。如果電容器16未連接到輸出57，輸出電壓可能快速增加或下降。作為結果，輸出電壓可能快速增加或下降到使OV或UV信號有效的值，如圖3中的虛線126或129所示出的。如果在流程圖塊214所示出的穩定延遲期間OV或UV信號中的任一個有效，電路90確定這是由電容器16缺少或未連接產生的，並立即使OL信號無效並使FL信號有效，如流程圖塊214、231和233所示出的和也在圖3中由相應的曲線124、127和119的虛線126和129和120示出的。也可能電容器16可在塊213-215中被連接，但是此後變為缺少的或者即使電容器16在塊213-215的穩定延遲期間是缺少的或未連接，OV或UV信號也可能不變為有效的，直到電流90在塊221-225的Tc時間間隔內操作。因此，塊221還檢查有效的OV或UV信號。如果OV或UV在Tc時間間隔期間變為有效的，電路90確定這是由缺少或未連接到輸出57的電容器16產生，並立即使OL信號無效和使FL信號有效，如流程圖塊221、231和233所示出的。

本領域技術人員可看到，電路90還可在開放回路操作模式中操作時使用OV或UV信號的有效，以使僅代表缺少或未連接到輸出57的電容器16的部件故障的單獨的控制信號(未示出)有效，其中FL信號可代表各種部件故障，包括如在開放回路操作模式中檢測交流信號的不存在所確定的電容器16缺少或未連接。

對本領域技術人員來說顯然，調節器25連續地迴圈過流程圖塊200-233的序列，使得部件故障可不在通過序列一次時被檢測到，而是將在下一次通過序列時被檢測到。在較佳的實施方式中，完成通過序列一次所需的時間一般少於一毫秒的大約一半(0.5毫秒)。在這個較佳的實施方式中，T1時間間隔是大約五百(500)微秒，且Tc時間間隔是大約二(2)微秒。本領域技術人員應認識到，Ts時間間隔依賴於所使用的電路，且在一些實施方式中可被省略。

本領域技術人員將認識到，圖3的波形和圖4的流程圖可用作進入電腦輔助設計(CAD)系統的輸入，使得CAD系統可產生實現邏輯的邏輯電路以及圖3和圖4中示出的狀態和波形。這樣的CAD系統一般使用高級描述語言(HDL)作為輸入。這樣的CAD和HDL系統對於本領域技術人員是熟知的。

為了便於前文中描述的調節器25的功能，輸入26連接到電晶體53的源極和電晶體54的源極。電晶體53的汲極公共地連接到電晶體53的閘極、電晶體54的閘極以及電晶體51的汲極。電晶體54的汲極公共地連接到輸出57、電阻器13的第一端子、電路33的輸入、電路60的輸入61以及電阻器97的第一端子。電阻器97的第二端子公共地連接到比較器95的反相輸入和電阻器98的第一端子。電阻器98的第二端子公共地連接到比較器96的非反相輸入和電阻器99的第一端子，電阻器99具有連接到返回27的第二端子。Ref. 3的輸出公共地連接到比較器95的非反相輸入和比較器96的反相輸入。比較器96的輸出連接到電路90的第一輸入，且比較器95的輸出連接到電路90的第二輸入。電路90的FL輸出連接到調節器25的輸出91。電路90的OL輸出公共地連接到電路33的控制輸入和多工器85的控制輸入。多工器85的控制輸入公共地連接到電晶體87的閘極和逆變器88的輸入。逆變器88的輸出連接到電晶體86的閘極。電晶體86的汲極連接到放大器82的輸出。電晶體86的源極公共地連接到電晶體87的源極和節點49。電晶體87的汲極連接到電路33的輸出45。電路33的控制輸入連接到電晶體44的閘極。電晶體44的汲極公共地連接到電容器36的第一端子和放大器40的非反相輸入。放大器40的輸出連接到電晶體42的閘極，電晶體42具有連接到輸出45的汲極。電晶體42的源極連接到放大器40的反相輸入和電阻器38的第一端子。電阻器38的第二端子公共地連接到輸出57、電容器36的第二端子以及電阻器35的第一端子。電阻器35的第二端子公共地連接到電晶體44的源極和電晶體47的汲極，電晶體47具有連接到返回27的源極。電晶體47的閘極公共地連接到電晶體48的閘極、節點49、電晶體48的汲極以及電晶體51的閘極。電晶體48的源極公共地連接到電晶體51的源極、返回27以及電阻器14的第一端子。電阻器14的第二端子連接到節點15、電阻器13的第二端子以及放大器82的反相輸入。放大器82的非反相輸入連接到Ref. 1的輸出。電路60的輸入61公共地連接到電阻器75的第一端子和電容器62的第一端子。電阻器75的第二端子公共地連接到電容器74的第一端子、電阻器63的第一端子、放大器68的供電輸入、電晶體69的汲極以及比較器78的供電輸入。電容器74的第二端子公共地連接到返回27、電阻器64的第一端子、放大器68的公共供電端子、電阻器72的第一端子、電容器73的第一端子以及比較器78的公共供電端子。電阻器63的第二端子公共地連接到節點65、電阻器64的第二端子以及放大器68的非反相輸入。放大器68的反相輸入公共地連接到節點70、電阻器72的第二端子、電晶體69的源極、電容器73的第二端子以及比較器78的非反相輸入。電晶體69的閘極連接到放大器68的輸出。比較器78的輸出連接到電路60的DT輸出和電路90的DT輸入。調節器30連接在輸入26和返回27之間。調節器30的輸出31被連接以向放大器82的功率輸入供電。

圖5示意性示出了包括閉合回路控制電路325的閉合回路控制系統300的例子。電路325是接收輸入信號Vin並形成控制輸出信號Vo以在正常操作模式期間操作負載的類比控制電路的一般化塊圖。例如，電路325可以控制發動機或其他類型的負載的速度。電路325設置為打開控制回路和以開放回路模式操作並在開發回路操作過程中檢測交流信號的存在或不存在，以便確定控制回路的穩定元件例如輸出電容器Co的存在或不存在。電路325是示出了圖2的電流元件可具有各種其他實現方式的一般化塊圖。電路325包括形成輸出信號的輸出電路。在正常操作模式中，輸出電路從控制回路的放大器的輸出形成輸出信號，而在開放回路操作模式中，輸出電路從固定值形成輸出信號。檢測電路檢測輸出信號上的交流信號。評估電路評估交流信號是否在開放操作模式中繼續。

圖6是示出了由電路325執行並可由調節器25執行的一些操作的簡化流程圖400。如可從圖2-6中看到的，在一個實施方式中，電路325和調節器25包括形成測試電路的方法，其包括：設置控制電路，例如電路325或調節器25，以在類比模式中操作來接收輸入電壓並形成輸出電流例如電流56，以為輸出電容器例如電容器16充電，以便在控制電路的輸出例如輸出57上形成輸出信號例如輸出電壓，控制電路具有正常操作模式和開放回路操作模式；設置控制電路以接收代表輸出信號例如FB信號的回饋信號，並在正常操作模式期間回應於回饋信號來調節輸出信號；設置控制電路以檢測輸出信號上的交流信號並回應性地設置控制電路來以開放回路操作模式操作；以及設置控制電路以藉由判定在以開放回路操作模式操作時交流信號是否不連續來判定部件故障是否不存在。

電路325或調節器25的另一個實施方式包括設置控制電路以回應於具有實質上固定的值的信號而不是回饋信號來以開放回路操作模式形成輸出電流。

圖7示出了在半導體晶片501上形成的半導體器件或積體電路500的實施方式的一部分的放大平面圖。調節器25或電路325可在晶片501上形成。在一個實施方式中，調節器25或電路325是在晶片501上形成的ASIC電路的一部分。因此，晶片501還可包括為了圖示的簡單而在圖6/7中沒有示出的其他電路。在另一個實施方式中，調節器25可在晶片501上形成並封裝在四端子半導體封裝中。通過本領域技術人員所熟知的半導體製造技術在晶片501上形成調節器25或電路325和器件或積體電路500。

因此，本領域技術人員從圖5以及圖2-4和5-7的解釋中應認識到，根據另一個實施方式，具有部件測試電路的電壓調節器可包括：電壓調節器，其設置為接收輸入電壓並形成輸出電流以向輸出電容器充電，以便在電壓調節器的輸出上形成輸出電壓，電壓調節器具有正常操作模式和開放回路操作模式；誤差放大器例如放大器82，其被耦合以接收代表輸出電壓的回饋電壓並在誤差放大器的輸出上形成誤差信號，電壓調節器設置為在正常操作模式期間回應於回饋電壓來調節輸出電壓；電流控制電路例如電路33，其設置為在正常操作模式期間從誤差放大器接收誤差信號並儲存誤差信號的值，電流控制電路設置為在開放回路操作模式期間形成代表誤差信號的被儲存的值的輸出信號；輸出電路設置為在開放回路操作模式期間從電流控制電路接收輸出信號並形成代表輸出信號的輸出電流；第一電路例如電路60，其設置為接收輸出電壓並檢測輸出電壓的直流值上的交流信號，其中第一電路設置為形成指示交流信號的檢測的第一控制信號例如DT控制信號；以及邏輯電路例如電路90，其被耦合以接收第一控制信號並使用第一控制信號來使第二控制信號例如OL控制信號有效，並將電壓調節器的操作模式設定為開放回路操作模式，邏輯電路設置為使用第一控制信號來檢測部件故障並在檢測到部件故障之後響應性地使第三控制信號例如FL控制信號有效。

根據另一個實施方式，邏輯電路將操作模式設定為開放回路操作模式，並且如果在正常操作模式期間交流信號在至少一個時間間隔例如T1時間間隔內繼續，則使第二控制信號有效。根據又一個實施方式，邏輯電路設置為接收第一控制信號，且如果第一控制信號在時間間隔內保持有效，則回應性地使第二控制信號有效，並將電壓調節器設定為以開放回路操作模式操作。

本領域技術人員還應認識到，根據另一個實施方式，形成具有部件測試電路的電壓調節器的方法可包括：設置電壓調節器以接收輸入電壓並形成輸出電流以為電容器充電，以便在電壓調節器的輸出上調節輸出電壓，電壓調節器具有正常操作模式和開放回路操作模式；設置電壓調節器以接收代表輸出電壓的回饋信號並在正常操作模式期間回應於回饋信號來調節輸出電壓；設置第一電路例如電路60以檢測輸出電壓的交流信號；設置第二電路例如電路90以回應於第一電路在第一時間間隔內檢測到輸出電壓上的交流信號來將電壓調節器設定為以開放回路操作模式操作；以及將第二電路設置為回應於第一電路回應於電壓調節器以開放回路操作模式操作而未檢測到輸出電壓上的交流信號來檢測部件故障，並在以開放回路操作模式操作時回應於第一電路檢測到輸出電壓上的直流信號的存在來檢測部件故障的不存在。

鑒於以上所有內容，顯然公開了新穎的器件和方法。除其他特徵外還包括使閉合回路控制系統以開放回路設置操作，然後在開放回路操作期間的某個時間檢測控制回路的輸出信號中的交流信號的存在或不存在，以檢測部件故障的存在或不存在。該方法的優勢是交流信號在有大量EMI干擾的苛刻環境中例如在控制內燃機的環境中也可被正確地檢測到。另外地，EMI引起的雜訊的存在也可被檢測到並與部件故障區分開。因此，在交流信號從EMI干擾而不是從部件故障產生的情況中系統可繼續操作。

雖然本發明的主題以具體的較佳實施方式被描述，前述的附圖及其描述僅描述本發明主題的典型的和示例性的實施方式且因此不被認為是其範圍的限制。顯然很多更改和變形對本領域技術人員來說是明顯的。如本領域技術人員應認識到的，調節器25的示例性形式用作解釋檢測閉合回路控制系統中的元件的不存在的方法的手段。在圖2-4的描述中解釋的調節器25的很多電路元件是示例性的實現方式，且電路元件可由各種可選的電路實現。例如，電路60被示為具有某個電路實現方式；但是，只要電路檢測到輸出電壓的交流信號的存在或不存在，就可以使用其他的電路元件。電路33還被示為具有特定的電路實現方式，但是，只要電路形成在以開放回路操作模式操作時使用的固定信號，就可以使用其他的電路實現方式。電路33的記憶元件被示為電容器36，但是它也可以是任何其他類型的公知的記憶元件。電路33可甚至僅僅是來自參考發生器例如由圖2中的Ref. 1所示出的類型的固定參考信號。而且，電路33可被省略，且調節器25可設置為在開放回路操作模式期間不提供輸出電流，而是仍使用交流信號的存在或不存在來確定電容器的存在或不存在。儘管負載17被示為在調節器25的電路或電路325的外部，負載連同調節器25和電路325可在半導體晶片上形成。

圖2的輸出電路也可具有其他的實現方式，只要輸出電路以正常操作模式使用閉合回路調節器來形成電流56並以開放回路操作模式使用固定的信號。而且，電容器73和36可被控制成充電到與被接收的信號的平均值不同的值。

評估電路90也可具有不同的電路實現方式。電路90可以是組合數位邏輯、或狀態機、或高速微處理器、或甚至可以是類比控制電路，只要電路接收與OD、OV和UV信號類似的信號，形成在圖4的流程圖中描述的時間間隔，如所解釋的那樣在時間間隔內評估交流信號的存在或不存在，並使調節器如上文所解釋的那樣以正常或開放回路操作模式操作。

而且，在一些系統中圖4的流程圖中示出的穩定延遲可省略。

另外，在示例性實施方式中回饋信號被示為電壓，但也可使用電流或其他類型的信號。

另外，本領域技術人員應認識到，使用由閉合回路控制系統形成的信號中的交流信號來檢測系統部件的故障的原理可擴展到任何外部部件可影響系統的穩定性的任何閉合回路系統。在圖2-4的描述中所描述的示例性實施方式中，閉合回路控制系統是類比閉合回路電壓調節器，但是由圖2-4中描述的系統提供的功能可被應用到由圖5和圖6示出的任何閉合回路控制系統。

為了描述的清楚始終使用詞「連接」，但是，其被規定為具有與詞「耦合」相同的意義。相應地，「連接」應被解釋為包括直接連接或間接連接。

13．．．電阻器

14．．．電阻器

15．．．節點

16．．．電容器

17．．．負載

18．．．電壓源

20．．．電壓調節系統

25．．．電壓調節器

26．．．輸入端子/輸入

27．．．返回端子/返回

30．．．電壓調節器

31．．．輸出

33．．．電流控制電路

35．．．電阻器

36．．．電容器

38．．．電阻器

40．．．放大器

42．．．電晶體

43．．．電流

44．．．電晶體

45．．．輸出

46．．．電流

47．．．電晶體

48．．．電晶體

49．．．節點

50．．．電流

51．．．電晶體

52．．．電流

53．．．電晶體

54．．．電晶體

55．．．電流

56．．．電流

57．．．輸出

60．．．檢測電路

61．．．輸入

62．．．電容器

63．．．電阻器

64．．．電阻器

65．．．節點

68．．．放大器

69．．．電晶體

70．．．節點

72．．．電阻器

73．．．電容器

74．．．電容器

75．．．電阻器

77．．．節點

78．．．比較器

80．．．電流

82．．．誤差放大器

85．．．多工器

86．．．電晶體

87．．．電晶體

88．．．逆變器

90．．．評估電路

95．．．比較器

96．．．比較器

97．．．電阻器

98．．．電阻器

99．．．電阻器

105．．．曲線

108．．．曲線

111．．．曲線

117．．．曲線

119．．．曲線

120．．．虛線

124．．．曲線

126．．．虛線

127．．．曲線

129．．．虛線

300．．．閉合回路控制系統

325．．．閉合回路控制電路

400．．．簡化流程圖

500．．．半導體器件/積體電路

501．．．半導體晶片

圖1是示出了現有技術電壓調節器的一部分的示意圖；

圖2示意性示出了依照本發明的包括電壓調節器的一個例子的實施方式的一部分的電壓調節系統的例子；

圖3是具有示出了依照本發明的在圖2的調節器的操作期間形成的一些信號的一些部分的曲線的圖；

圖4A及圖4B是示出了依照本發明的由圖2的電壓調節器執行的一些操作的簡化的流程圖；

圖5示意性示出了依照本發明的閉合回路控制電路的例子的塊圖；

圖6是示出了依照本發明的由圖2和圖5的電路執行的一些操作的簡化的流程圖的例子；以及

圖7示出了依照本發明的包括圖2的電壓調節器的半導體器件的放大的平面圖。

13‧‧‧電阻器

14‧‧‧電阻器

15‧‧‧節點

16‧‧‧電容器

17‧‧‧負載

18‧‧‧電壓源

20‧‧‧電壓調節系統

25‧‧‧電壓調節器

26‧‧‧輸入端子/輸入

27‧‧‧返回端子/返回

30‧‧‧電壓調節器

31‧‧‧輸出

33‧‧‧電流控制電路

35‧‧‧電阻器

36‧‧‧電容器

38‧‧‧電阻器

40‧‧‧放大器

42‧‧‧電晶體

43‧‧‧電流

44‧‧‧電晶體

45‧‧‧輸出