TWI779372B

TWI779372B - 低壓降穩壓器及其控制方法

Info

Publication number: TWI779372B
Application number: TW109136982A
Authority: TW
Inventors: 徐浩桓; 顏琳臻
Original assignee: 南亞科技股份有限公司
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2022-10-01
Also published as: US20210405672A1; TW202201883A; US11340642B2; CN113835461A

Abstract

一種低壓降穩壓器被揭示。此低壓降穩壓器包含放大器、電晶體以及選擇器。電晶體耦接於放大器。選擇器耦接於放大器以及電晶體。當電晶體的供應電壓值低於供應電壓閾值時，選擇器的第一路徑被選擇，且第一選擇器電壓值由選擇器傳送至電晶體以完全導通電晶體，且電晶體的輸出電壓值相等於供應電壓值。

Description

低壓降穩壓器及其控制方法

本揭示中所述實施例內容是有關於一種低壓降穩壓器及其控制方法，特別關於維持低壓降穩壓器的輸出電壓值的低壓降穩壓器及其控制方法。

低壓降穩壓器（LDO）的常見供應電壓值為1.2V。但是，當供應電壓值變得低於預設值時，會導致LDO輸出電壓值產生較大的誤差，並提供較小的驅動電流。當供應電壓值接近目標LDO輸出電壓值時，例如，當供應電壓值和目標LDO輸出電壓值之間的差異減小時，先前的設計很難維持目標LDO輸出電壓值。

本揭示之一些實施方式是關於一種低壓降穩壓器。此低壓降穩壓器包含放大器、電晶體以及選擇器。電晶體耦接於放大器。選擇器耦接於放大器以及電晶體。當電晶體的供應電壓值低於供應電壓閾值時，選擇器的第一路徑被選擇，且第一選擇器電壓值由選擇器傳送至電晶體以完全導通電晶體，且電晶體的輸出電壓值相等於供應電壓值。

本揭示之一些實施方式是關於一種控制方法。此控制方法適用於低壓降穩壓器。控制方法包含以下步驟：當供應電壓值低於供應電壓閾值時，選擇選擇器的第一路徑；經由第一路徑傳送第一選擇器電壓值至電晶體；以及完全導通電晶體，以使電晶體的輸出電壓值相等於供應電壓值。

綜上所述，本揭示的低壓降穩壓器及其控制方法通過使用選擇器控制輸入到低壓降穩壓器的通路電晶體的閘極端的電壓值，從而在供應電壓值接近目標低壓降穩壓器輸出電壓值時保持低壓降穩壓器輸出電壓值。通路電晶體被用作在電路節點之間傳遞邏輯電位的開關。

在本文中所使用的用詞『耦接』亦可指『電性耦接』，且用詞『連接』亦可指『電性連接』。『耦接』及『連接』亦可指二個或多個元件相互配合或相互互動。

請參閱第1圖。第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一低壓降穩壓器(LDO)100的示意圖。低壓降穩壓器100包含放大器110、選擇器130以及電晶體150。於連接關係上，放大器110耦接於選擇器130，選擇器130耦接於電晶體150，電晶體150耦接於放大器110。如第1圖所繪式的低壓降穩壓器係為例示說明之用，本案的實施方式不以此為限制。

於部分實施例中，當電晶體150的供應電壓值VDD低於供應電壓閾值，選擇器130的路徑P1被選擇，選擇器電壓值VSEL的電壓值VSS經由路徑P1被傳送至電晶體150。於部分實施例中，當電晶體150係為P型電晶體且電壓值VSS係為0，電晶體150完全導通，且輸出電壓值VOUT相等於供應電壓值VDD。

請參閱第2圖。第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一低壓降穩壓器(LDO)200的示意圖。如第2圖所繪示，於部分實施例中，放大器110的第一輸入端接收輸出電壓閾值VOUTR，放大器110的第二輸入端接收輸出電壓值，且放大器110的輸出端輸出放大器輸出值VOTA。

此外，如第2圖所示，於部分實施例中，選擇器130包含路徑P1和路徑P2。路徑P1接收電壓值VSS，路徑P2由選擇器130接收放大器輸出值VOTA。選擇器130輸出選擇器電壓值VSEL。選擇器130係由控制電壓值VCON所控制。於部分實施例中，選擇器130可以多工器實施。然而，本案的實施方式不以此為限制。

於部分實施例中，電晶體150係為P型電晶體。電晶體150的第一端接收供應電壓值VDD，電晶體150的第二端輸出輸出電壓值VOUT，電晶體150的控制端接收選擇器電壓值VSEL。需注意的是，於本案的實施方式中，P型電晶體係作為例示說明之用，其他電晶體，例如N型電晶體，均為本案的實施範圍之內。

此外，於部分實施例中，低壓降穩壓器200更包含耦接於放大器110和電晶體150之間的電容C。於部分實施例中，低壓降穩壓器200更包含連接於電晶體150的第二端的電阻R1。於部分實施例中，低壓降穩壓器200更包含連接於放大器110的電流源CS。

請參閱第3圖。第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一控制電路170的示意圖。於部分實施例中，低壓降穩壓器200更包含控制電路170。控制電路170耦接於選擇器130，且控制電路170係用以輸出控制電壓值VCON至選擇器130。

於部分實施例中，當供應電壓值VDD低於供應電壓閾值時，控制電路170輸出包含第一數值的控制電壓值VCON至選擇器130，以使選擇器130選擇路徑P1。另一方面，當供應電壓值VDD高於供應電壓閾值，控制電路170輸出包含第二數值的控制電壓值VCON至選擇器130，以使選擇器130選擇路徑P2。

如第3圖所繪示，於部分實施例中，控制電路170包含比較器175、電阻R2以及電阻R3。比較器175的第一輸入端接收供應電壓值VDD的電壓分壓值VDIV。比較器175的第二輸入端接收內部參考電壓值VDIVR。

於部分實施例中，當電壓分壓值VDIV低於內部參考電壓值VDIVR，比較器175輸出值為1的控制電壓值VCON，如第2圖所繪示的選擇器130的路徑P1被導通。另一方面，當電壓分壓值VDIV高於內部參考電壓值VDIVR時，比較器175輸出值為0的控制電壓值VCON，如第2圖所繪示的選擇器130的路徑P2被導通。

請再次參閱第2圖。於部分實施例中，當供應電壓值VDD低於供應電壓閾值時或當供應電壓值VDD接近目標輸出電壓值VOUT時，如第3圖所繪示的控制電路170輸出包含值為1的控制電壓值VCON，且選擇器130的路徑P1被導通。當選擇器130的路徑P1被導通時，包含電壓值VSS的選擇器電壓值VSEL被傳送至電晶體150的控制端。於部分實施例中，電壓值VSS係為0，電晶體150完全導通，以使輸出電壓值VOUT相等於供應電壓值VDD。

另一方面，於部分實施例中，當供應電壓值VDD高於供應電壓閾值時，第3圖所繪示的控制電路170輸出值為0的控制電壓值VCON，選擇器130的路徑P2被導通。當選擇器130的路徑P2被導通時，相等於放大器110的放大器輸出值VOTA的選擇器電壓值VSEL被傳送至電晶體150的控制端。

於部分實施例中，當輸出電壓值VOUT低於輸出電壓閾值VOUTR時，由放大器110輸入至選擇器130的放大器輸出值VOTA降低，接著輸出電壓值VOUT上升。另一方面，當輸出電壓值VOUT高於輸出電壓閾值VOUTR時，由放大器110輸入至選擇器130的放大器輸出值VOTA升高，接著，輸出電壓值VOUT降低。

於部分實施例中，電晶體150的導通程度與放大器輸出值VOTA成反比例，以達成上述的技術特徵。詳細而言，當放大器輸出值VOTA降低時，電晶體150的導通程度較高。另一方面，當放大器輸出值VOTA升高時，電晶體150的導通程度較低。

請參閱第4圖。第4圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一控制方法400的流程圖。須注意的是，控制方法400可以應用於具有與第1圖所示的低壓降壓器100和低壓降壓器200相同或相似結構的電性設備。為了簡化以下的描述，將以第1圖所示的實施例為例來描述根據本發明的一些實施方式的控制方法400。然而，本發明不限於應用於第如第1圖和第2圖所示的低壓降壓器100，控制方法400包括步驟S410至S450。

於步驟S410中，當供應電壓值低於供應電壓閾值時，選擇器的第一路徑被選擇。於部分實施例中，步驟S410可由如第2圖所繪示的選擇器130所實施。舉例而言，當供應電壓值VDD低於供應電壓閾值時，選擇器130的路徑P1被選擇。

於步驟S430中，第一選擇器電壓值經由第一路徑被傳送至電晶體。於部分實施例中，步驟S430可由如第2圖所繪示的選擇器130所實施。舉例而言，於部分實施例中，當如第2圖所繪示路徑P1被選擇，包含電壓值VSS的選擇器電壓值VSEL經由路徑P1被傳送至電晶體150。

於步驟S450中，電晶體完全導通，以使電晶體的輸出電壓值相等於供應電壓值。於部分實施例中，步驟S450可由如第2圖所繪示的電晶體150所實施。舉例而言，當傳送至電晶體150的控制端的電壓值VSS係為0時，電晶體150完全導通，且電晶體VOUT的輸出電壓值VOUT相等於供應電壓值VDD。

綜上所述，本案之實施例藉由提供一種低壓降穩壓器及其控制方法，藉由使用選擇器以控制輸入到通路電晶體（例如電晶體150）的閘極的電壓值，在供應電壓值接近目標低壓降穩壓器的輸出電壓值時，保持低壓降穩壓器的輸出電壓值。此外，當低壓降穩壓器的負載條件很重時，通路電晶體還能夠提供誤差很小的輸出電壓值。

另外，上述例示包含依序的示範步驟，但該些步驟不必依所顯示的順序被執行。以不同順序執行該些步驟皆在本揭示內容的考量範圍內。在本揭示內容之實施例的精神與範圍內，可視情況增加、取代、變更順序及/或省略該些步驟。

雖然本揭示已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:低壓降穩壓器 110:放大器 130:選擇器 150:電晶體 VOUTR:輸出電壓閾值 VOUT:輸出電壓值 VDD:供應電壓值 VSS:電壓值 P1,P2:路徑 VSEL:選擇器電壓值 200:低壓降穩壓器 R1,R2,R3:電阻 C:電容 VOTA:放大器輸出值 VCON:控制電壓值 170:控制電路 175:比較器 VDIV:電壓分壓值 VDIVR:內部參考電壓值 400:控制方法 S410,S430,S450:步驟

為讓本揭示之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能夠更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一低壓降穩壓器的示意圖；第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一低壓降穩壓器的示意圖；第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一控制電路的示意圖；以及第4圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一控制方法的流程圖。

100:低壓降穩壓器

110:放大器

130:選擇器

150:電晶體

VOUTR:輸出電壓閾值

VOUT:輸出電壓值

VDD:供應電壓值

VSS:電壓值

P1,P2:路徑

VSEL:選擇器電壓值

Claims

一種低壓降穩壓器，包含：一放大器；一電晶體，耦接於該放大器；以及一選擇器，耦接於該放大器以及該電晶體，其中當該電晶體的一供應電壓值低於一供應電壓閾值時，該選擇器的一第一路徑被選擇，且一第一選擇器電壓值由該選擇器傳送至該電晶體以完全導通該電晶體，且該電晶體的一輸出電壓值相等於該供應電壓值；其中該電晶體的一控制端用以接收該第一選擇器電壓值，該電晶體的一第一端用以接收該供應電壓值，該電晶體的一第二端用以輸出該輸出電壓值。
如請求項1所述的低壓降穩壓器，更包含：一控制電路，耦接於該選擇器；其中當該供應電壓值低於該供應電壓閾值時，該控制電路輸出一第一控制電壓值至該選擇器，以使該選擇器選擇該第一路徑。
如請求項2所述的低壓降穩壓器，其中該控制電路更包含：一比較器，其中該比較器的一第一輸入端接收該供應電壓值的一電壓分壓值，且該比較器的一第二輸入端接收一內部參考電壓值；其中當該電壓分壓值低於該內部參考電壓值時，該比較器輸出該第一控制電壓值。
如請求項1所述的低壓降穩壓器，其中當該電晶體的該供應電壓值高於該供應電壓閾值時，該選擇器的一第二路徑被選擇，且一第二選擇器電壓值由該選擇器傳送至該電晶體。
如請求項4所述的低壓降穩壓器，其中當該輸出電壓值低於一輸出電壓閾值時，由該放大器輸入至該選擇器的一放大器輸出值降低，其中當該輸出電壓值高於該輸出電壓閾值時，由該放大器輸入至該選擇器的該放大器輸出值升高。
如請求項5所述的低壓降穩壓器，其中該放大器的一第一輸入端接收該輸出電壓閾值，該放大器的一第二輸入端接收該輸出電壓值，且該放大器的一輸出端輸出該放大器輸出值。
如請求項1所述的低壓降穩壓器，其中該電晶體係為一P型電晶體，且該第一選擇器電壓值係為0。
一種控制方法，適用於一低壓降穩壓器，該控制方法包含：當一供應電壓值低於一供應電壓閾值時，選擇一選擇器的一第一路徑；經由該第一路徑傳送一第一選擇器電壓值至一電晶體；以及完全導通該電晶體，以使該電晶體的一輸出電壓值相等於該供應電壓值；其中該電晶體的一控制端用以接收該第一選擇器電壓值，該電晶體的一第一端用以接收該供應電壓值，該電晶體的一第二端用以輸出該輸出電壓值。
如請求項8所述的控制方法，更包含：由該控制電路輸出一第一控制電壓值至該選擇器，以使該第一路徑被選擇。
如請求項9所述的控制方法，更包含：當該供應電壓值的一電壓分壓值低於一內部參考電壓值時，輸出該第一控制電壓值。
如請求項8所述的控制方法，更包含：當該供應電壓值高於該供應電壓閾值時，選擇該選擇器的一第二路徑；以及傳送一第二選擇器電壓值至該電晶體以調節該輸出電壓值。
如請求項11所述的控制方法，更包含：當該輸出電壓值低於一輸出電壓閾值時，降低輸入至該選擇器的該第二路徑的一放大器輸出值；以及當該輸出電壓值高於一輸出電壓閾值時，升高輸入至該選擇器的該第二路徑的該放大器輸出值。
如請求項12所述的控制方法，其中該電晶體的一導通程度反比例於該放大器輸出值。
如請求項8所述的控制方法，其中該電晶體為一P型電晶體，且該第一選擇器電壓值係為0。