一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，有可轉(zhuǎn)換冗余的輸入端，它在轉(zhuǎn)換到冗余輸入的之前、期間和之后都具有低壓差。在一個優(yōu)選的實例中，發(fā)明的穩(wěn)壓器包括兩個被誤差放大器的輸出控制的晶體管，還有一個冗余輸入電壓源。當?shù)谝惠斎腚妷捍笥诘诙斎腚妷簳r，第一晶體管導通。當?shù)诙斎腚妷捍笥诘谝惠斎腚妷簳r，另一個晶體管導通。當兩端的電壓相等時，兩個晶體管同時導通。在一個優(yōu)選的實例中，一個輸入電壓是由電池提供的，另一個是由被電池充電了的儲存電容提供的。當電池失效時，儲存電容會放電，因此在電池失效的情況下作為一個時變的冗余電壓源。
【專利說明】一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠自身切換冗余輸入電壓的穩(wěn)壓電路。更具體地，本發(fā)明涉及能夠自身切換冗余輸入的具有低壓差而與輸入信號大小無關的穩(wěn)壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002]ー個典型的傳統(tǒng)的集成電路穩(wěn)壓器展示在圖1中。一個誤差放大器(放大器I)來比較參考電壓VR (圖1的例子中為1.25伏)和ー個正比于輸出電壓的信號。放大器的輸出控制ー個輸出電流流過的晶體管(PNP晶體管2)，通過調(diào)整晶體管，輸出電壓(Vwt)能夠等于ー個參考電壓的固定倍數(shù)(kVR)。源電壓(有時在本文中稱為“輸入電壓”)，被提供給晶體管的發(fā)射扱。
[0003]一個穩(wěn)壓器的特征在于它的“壓差”，就是最低的源電壓，能夠允許穩(wěn)壓器輸出電壓保持在ー個上述的參考電壓固定倍數(shù)的恒定的值kVR。
[0004]在傳統(tǒng)的圖1的電路中，一個冗余源電壓(VIN)被提供到晶體管2的發(fā)射極。源電壓在這里是冗余的，源電壓通常從電池通過ー個ニ極管D被提供(在這里被表示為VBAT)，但是如果電池失效了，提供到晶體管2的源電壓就是時變的電容C1的電壓Vc (在電容C1放電時V。會變化)。利用ニ極管D切換到冗余輸入電壓V。是不希望的，因為它會導致圖1電路具有較聞的壓差。
[0005]直到本發(fā)明的出現(xiàn)，才知道如何用可切換的冗余輸入來構(gòu)建ー個低壓差穩(wěn)壓器，在切換到冗余輸入之前，期間和之后都具有一個低壓差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的穩(wěn)壓器包括被一個誤差放大器的輸出所控制的兩個晶體管還有冗余輸入電壓源“VBAT”和“VCC”。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
當VBAT大于VCC時，第一晶體管導通，當VCC大于VBAT吋，另ー個晶體管導通，當VCC和VBAT相等吋，兩個晶體管都導通。
[0008]在優(yōu)選的實施例中，VBAT由電池提供，VCC由電池充電的儲存電容提供。當電池失效時，儲存電容放電。因此在電池失效的情況下作為ー個時變的冗余電壓源。
[0009]對比專利文獻:CN200979668Y —種雙低壓差線性穩(wěn)壓器電路200620163360。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是ー個常規(guī)冗余輸入穩(wěn)壓器的示意性電路圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的穩(wěn)壓器的示意性電路圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的另ー個優(yōu)選實施例的穩(wěn)壓器的示意性電路圖。
[0013]圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的一個穩(wěn)壓器的典型的輸入和輸出電壓的特性的曲線圖。
[0014]【具體實施方式】:
圖2是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的穩(wěn)壓器的示意性電路圖。參考電壓信號被提供到傳統(tǒng)誤差放大器I的同相輸入端4。順序通道半導體管Ql的基極和順序通道半導體管Q2的基極連接到誤差放大器I的輸出端。
[0015]晶體管Ql的集電極10通過電阻Rltl連接到誤差放大器I的反相輸入端5。同樣的晶體管Q2的集電極11通過電阻Rltl連接到誤差放大器I的反相輸入端5。ー個正比于輸出電壓Vwt的信號(Vf)通過電阻Rltl反饋到誤差放大器I的反相輸入端5。放大器I比較端子4和5處的電壓信號，并且產(chǎn)生一個輸出信號，它的大小正比于參考電壓VR和電壓信號Vf的差值，來控制晶體管Ql和Q2的基板。輸出電壓端Vwt通過外部電容C2連接到高于地電勢，并且電阻R11連接在地電勢和節(jié)點Vf之間。電壓源Vb連接到誤差放大器I的偏置端14，為了以傳統(tǒng)方式來給誤差放大器I提供偏置電流。
[0016]假設ー開始晶體管Ql的發(fā)射極的電勢足夠高，晶體管Ql導通，如果提供到放大器I的輸入端5的電壓增加，超過參考電壓VR(在圖1中等于1.25伏，而不一定需要等于1.25伏)，那么放大器I的輸出會増加提供到晶體管Ql基極的電壓，因而減小了 Vbe并且減小了通過晶體管Ql的電流，直到Vrat減小到所需的輸出值kVR。同樣的，如果提供到放大器I的輸入端5的電壓減小到低于VR，那么放大器I的輸出會減小提供到晶體管Ql基極的電壓，因而增加了 Vbe并且増大了通過晶體管Ql的電流，并且抬高Vrat到所需的輸出值kVR。在一個模式下，晶體管Q2導通吋，放大器I的輸出端12通過電阻Rltl進行反饋，晶體管Q2的基極13讓放大器I以與控制晶體管Ql相同的方式控制Q2。
[0017]由于存儲電容器C1和晶體管Q2的發(fā)射極(還有電容C1和晶體管Ql的發(fā)射極之間的二極管)之間的二極管Dltl的存在下，只有當VBAT是大于或等于VCC，電流將流過晶體管Q2。如果VCC大于K似7，那么電流將流過晶體管Ql，而沒有明顯的電流將流經(jīng)晶體管Q2。在ー種模式，其中VCC等于VBAT，電流將流過兩個晶體管Ql和Q2。
[0018]如果吸^最初是大于 VCC，VBAT通過二極管Dltl給存儲電容C1充電，直到VCC等于_/減去二極管Dltl兩端的電壓降。如果下降到低于VCC(例如，與相關的電池出現(xiàn)故障)，電容C1會放電，并且相關聯(lián)的、隨時間變化的電壓將導致電流不再流過晶體管Q2后，晶體管Ql保持導通。
[0019]圖2的電路基本上工作在相同的低壓差和相同的穩(wěn)定性下，無論和K似7相對的大小，還有在VBAT突然減小的情況之前、期間或之后。圖3的電路與圖2中的電路共同具有這樣的特性。另外，圖3中發(fā)明的實施例包括額外的電路成分，來增加電路在更寬的范圍內(nèi)的工作模式下的穩(wěn)定性。
[0020]圖3電路包括晶體管Ql和Q2，電阻ガ1(|和/? n，外部儲存電容C；，一個參考電壓源嘆，還有輸入電壓源K似7，如圖2中相應的元件連接。二極管仏和電阻慫包含ー個給電容C1的充電電路，對應于圖2中的二極管ガ1(|。齊納二極管久連接在電壓源和晶體管Ql的發(fā)射極，相比沒有齊納二極管久，能夠使用體積更小，更便宜的電容C；。
[0021]誤差放大器6與圖2中的誤差放大器I執(zhí)行相同的功能，但是這樣連接到其他電路元件，使得它的輸出驅(qū)動能力被偏置端14的偏置電流的大小所控制，并且隨著輸出端12的誤差放大器的輸出而發(fā)生變化。另ー個誤差放大器6的偏置端20連接至地電勢。誤差放大器6具有常規(guī)設計，同樣誤差放大器I也是。
[0022]在端子14的放大器16的偏置電流的大小是由多集電極PNP晶體管Q3和Q4的狀態(tài)決定的。晶體管Q3和Q4的集成電路制造在本領域中是以公知的方式構(gòu)造的。晶體管Q3和Q4的發(fā)射極分別連接到晶體管Ql和Q2的發(fā)射扱。晶體管Q3的第一集電極15連接到經(jīng)過Q4的第一集電極17和晶體管Ql與Q2的基板。晶體管Q3的第二集電極16連接到晶體管Q3的基極和誤差放大器6的偏置端14。晶體管Q4的第二集電極18連接到晶體管Q4的基極和誤差放大器6的偏置端14。
[0023]晶體管Q3和Q4以電流鏡的方式來提高圖3電路的穩(wěn)定性，通過使誤差放大器的偏置電流的大小(在偏置端14)正比于誤差放大器輸出電流(在輸出端12)。對于那些在本領域的普通技術(shù)人員，從本說明書中這將是明顯的關于如何設計和構(gòu)造的替代裝置，用于執(zhí)行圖3中由晶體管Q3和Q4的電流鏡功能。
[0024]本發(fā)明的任一實施例的電路的典型特征響應曲線列于圖4。圖4假定存儲電容C1的取值范圍為200至500微法，嘆和電阻Rltl和R11的選擇，使所需的輸出電壓UK7?)是5伏。圖4中曲線A所示表示輸入電壓VBAT\曲線B表示冗余輸入電壓(KCT)(存儲電容兩端的電壓)，曲線c表示輸出電壓なt。假設和raク最初為零，當吸^上升到12伏時，輸出電壓Vout將迅速上升到5伏(小于10毫秒)，KCr將呈指數(shù)上升至略小于12伏的電平。由于K似7超過KCr，在這期間，晶體管Ql和Q2中的第一個(Ql在圖2和圖3中)在這個期間會導通。在t = 60毫秒，K似7開始突然下降到零(在圖4中所示)，或低于零的值。然而，由于存儲電容相關聯(lián)的相對長的時間常數(shù)，KCr將保持電路的壓差，直到t = 116毫秒以上，從而使輸出電壓匕將不會下降到低于5伏，直到t = 116毫秒。在t = 60毫秒到t= 116毫秒期間，晶體管Ql和Q2中的另ー個(Q2在圖2和圖3)將導通。如果差分壓差ら被定義為壓差(在圖4的例子中約5.3伏)與所需的輸出電壓(在圖4的例子中為5伏)之間的差，那么在圖4的例子中，Vw等于大約300mVo
[0025]極低的差分壓差，通常在200/nド至7Q0mV的(在此范圍內(nèi)的輸出電流和線路的工作溫度依賴于特定的值)范圍內(nèi)，是本發(fā)明的電路的特征。即使是在工作模式(因為圖形簡單，所以不顯示在圖4)，其中漫慢降低到所需的輸出電壓水平，但是仍然高于VCC，當VBAT超過了壓差，(對比圖4的例子中，發(fā)生在t = 60毫秒到t = 120毫秒期間的工作模式)，本發(fā)明的電路的差分壓差會保持非常低，通常在20Q?K至70Q?K的范圍內(nèi)。
[0026]在圖3的實施例中，存儲電容C1選擇在200至500微法，二極管仏的反向擊穿電壓大于50伏，電阻慫的值范圍為200至500歐姆，齊納二極管久的反向擊穿電壓范圍為16至18伏。K似7通常是小于26伏，輸出電容C2通常是10微法。并且(當輸入電壓超過壓差)輸出電壓Vout因此通常在0.5伏或更低，或所希望的電壓aKT?)的取值范圍為5.0到
10.0伏，在ー個WOsF至70Q?K的差分壓差下，提供的輸出電流(在Vout端)最高不超過約300?K,并且電路的工作溫度保持在范圍從大約ー(40。C)至+125。C。
[0027]圖2和圖3實施例中(或變化)將以集成電路的形式實現(xiàn)。對于那些在本領域的普通技術(shù)人員，從本說明書中這將是顯而易見的。然而，這些實施例中(或變化)可以采用分立電路元件來替代實現(xiàn)。
[0028]本領域技術(shù)人員也會理解，本發(fā)明可以不同于上述的實例，所描述的實例僅為了說明的目的，而不是限制性的，并且本發(fā)明僅由權(quán)利要求限定范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，其特征是:有可轉(zhuǎn)換冗余輸入端的雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，包括:來提供輸出電壓的輸出端；來提供參考電壓的參考電壓源；第一可變電流裝置，用來產(chǎn)生ー個第一電流輸出信號，它的大小變化響應于第一輸入電壓和ー個控制信號；第ニ可變電流裝置，用來產(chǎn)生ー個第二電流輸出信號，它的大小變化響應于第二輸入電壓和所述控制信號；通過比較參考電壓信號和第一電流輸出信號與第二電流輸出信號，來產(chǎn)生控制信號的裝置；其中第一可變電流裝置包括ー個第一晶體管，它有ー個第一發(fā)射極，用來接收第一輸入電壓信號，還有ー個第一基極來接收控制信號，其中第二可變電流裝置包括ー個第二晶體管，它有ー個第二發(fā)射極，用來接收第二輸入電壓信號，還有ー個第二基極來接收控制信號；其中元件(e)是ー個誤差放大器，包括第一輸入端，用來接收參考電壓，還包括第二輸入端，用來接收反饋信號，它的大小變化響應于第一電流輸出信號和第二電流輸出信號；其中還包括:(f )來提供第一輸入電壓信號的電池；(g)來提供第二輸入電壓信號的儲存電容；(h)防止當?shù)诙妷盒盘柍^第一電壓信號時，電流從儲存電容流到第一可變電流裝置的裝置；其中控制信號大小的變化響應于在元件(e)偏置端的偏置電流，并且同樣包括:(j)按照偏置電流的幅度正比于控制信號幅度的方式，來產(chǎn)生偏置電流的裝置；其中元件(j)包括連接在元件(C)與(d)和元件(e)的偏置端之間的電流鏡裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，其特征是:有可轉(zhuǎn)換冗余輸入端的雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，包括:一個用來提供輸出電壓的輸出端；一個用來提供第一輸入電壓信號的第一輸入電壓端；一個用來提供第二輸入電壓信號的第二輸入電壓端；一個參考電壓源；第一可變電流裝置連接在第一輸入電壓端和輸出端之間，能夠產(chǎn)生ー個第一電流輸出信號，它的大小變化響應于第一輸入電壓和ー個控制信號；第二可變電流裝置連接在第二輸入電壓端和輸出端之間，能夠產(chǎn)生ー個第二電流輸出信號，它的大小變化響應于第ニ輸入電壓和ー個控制信號；控制裝置，通過產(chǎn)生控制信號，來控制第一輸出電流信號和第ニ輸出電流信號，控制信號的幅值正比于參考電壓和正比于輸出電壓的ー個信號兩者的差值；其中控制信號大小的變化響應于在控制裝置的偏置端的偏置電流，并且同樣包括:按照偏置電流的幅度正比于控制信號幅度的方式，來產(chǎn)生偏置電流的裝置；其中第一可變電流裝置包括ー個第一晶體管，它電耦合到第一輸入電壓端，第二可變電流裝置包括ー個第ニ晶體管，它電耦合到第二輸入電壓端；其中第一晶體管有ー個第一發(fā)射極，用來接收第一輸入電壓信號，還有ー個第一基極來接收控制信號，其中第二晶體管有ー個第二發(fā)射極，用來接收第二輸入電壓信號，還有ー個第二基極來接收控制信號；其中第二晶體管還包括一個集電極，第二輸出電流從這里出現(xiàn)；也包括:來提供第一輸入電壓信號的電池；來提供第ニ輸入電壓信號的儲存電容；也包括ー個充電電路，用于從電池給存儲電容充電；所述充電電路包括一個ニ極管，以防止大量電流從所述存儲電容流到第一可變電流的裝置。
【文檔編號】G05F1/56GK103529894SQ201310508663
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司