專利名稱：控制電路、電壓穩(wěn)壓器與其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 電壓穩(wěn)壓器，尤其涉及具有消除或是降低沖擊電流的一低壓降穩(wěn)壓器與其控制方法。
背景技術(shù)：
低壓降穩(wěn)壓器(Low Drop-out Regulator)是一種已知簡易的直流轉(zhuǎn)直流(DC to DC)的電壓穩(wěn)壓器。如果沒有讓低壓降穩(wěn)壓器于啟動時先進入一緩啟動(soft start)狀態(tài)，就直接進入一正常狀態(tài)，則低壓降穩(wěn)壓器于電源啟動時便會產(chǎn)生 一 高額的沖擊電流(Inrush current)。此沖擊電流可能會造成提供給該低壓降穩(wěn)壓器的電源來不及反應(yīng)而產(chǎn)生一 電源端的壓降，如此便可能影響到耦接于該電源的其他電路。因此，當(dāng)啟動該低壓降穩(wěn)壓器時一般需要先進入所謂的緩啟動(soft start)狀態(tài)，以降低或是消除不必要的沖擊電流。但是緩啟動狀態(tài)如何控制則是有不同的作法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實施例提供一種控制電路，適用于一電壓穩(wěn)壓器(voltageregulator)。該電壓穩(wěn)壓器包含有一功率開關(guān)。該控制電路包含有一可變電阻產(chǎn)生單元以及一檢測電路。該可變電阻產(chǎn)生單元提供阻值隨時間變化的一可變電阻，其中一參考電流流經(jīng)該可變電阻而產(chǎn)生一第一反饋電壓，該參考電流代表流經(jīng)該功率開關(guān)的 一 電流。該4企測電路在檢測到該第 一反饋電壓達到或是高于一預(yù)設(shè)值時，降低該功率開關(guān)的導(dǎo)通程度。
本發(fā)明的另 一 實施例提供一種電壓穩(wěn)壓器，包含有一如前段所述的控制電路以及一放大器。該放大器根據(jù)一第二反饋電壓與一參考值來產(chǎn)生一控制該功率開關(guān)的控制信號，其中該第二反饋電壓代表該電壓穩(wěn)壓器的一輸出電壓。
本發(fā)明的另一實施例提供一種控制方法，適用于一電壓穩(wěn)壓器。該電壓穩(wěn)壓器包含有一功率開關(guān)。該控制方法包含有下列步驟提供一可變電阻；產(chǎn)生代表流經(jīng)該功率開關(guān)的一電流的一參考電流；使該參考電流流經(jīng)該可變電阻；檢測該可變電阻上的一第一反饋電壓；當(dāng)檢測到該第一反饋電壓達到或是高于一預(yù)設(shè)值時，降低該功率開關(guān)的導(dǎo)通程度；以及，隨時間變化改變該可變電阻的阻值。


圖l是依據(jù)本發(fā)明電壓穩(wěn)壓器的一實施例示意圖。圖2是圖1的該電壓穩(wěn)壓器的一第一參考電壓、 一輸出電壓和一控制信號的時序圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明一控制方法的一實施例流程圖。主要元件符號說明
100電壓穩(wěn)壓器
皿電壓穩(wěn)壓電3各
104控制電路
304、 306曲線
1022i吳差ii大器
1024電阻分壓器
1042電阻產(chǎn)生器
1044斗企測電3各
1046控制信號產(chǎn)生器
具體實施例方式
在說明書及所附的權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及所附的權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及所附的權(quán)利要求書相當(dāng)中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解 釋成「包含但不限定于」。此外，「耦接」 一詞在此包含任何直接及間接的 電氣連接手段，因此，如果文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代 表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或者通過其他裝置或連接手 段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考圖1。圖1所示依據(jù)本發(fā)明電壓穩(wěn)壓器(Voltage regulator)100的 一實施例示意圖。電壓穩(wěn)壓器100包含有一電壓穩(wěn)壓電路102以及一控制 電路104,其中電壓穩(wěn)壓電路102將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓Vout。 控制電路104防止電壓穩(wěn)壓電路102的一沖擊電流(Inrush current)。
電壓穩(wěn)壓電路102包含有一誤差放大器(Erroramplifier)1022、 一功率開 關(guān)PMOS晶體管Ml以及一電阻分壓器1024。 一輸出電容Cout耦接于一 輸出端Nout，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可了解輸出電容Cout的一功能可以穩(wěn)定本 發(fā)明電壓穩(wěn)壓器100的輸出電壓Vout。電壓穩(wěn)壓電路102其內(nèi)部電路連接 如圖所示，為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，不再多述。簡單地說，電壓穩(wěn)壓 電路102利用反饋電壓Vfl所提供的負(fù)反饋控制，希望將輸出電壓Vout穩(wěn) 定在約等于Vout—target(-參考電壓Vth"(R,+R2)/R2);其中，Rx為電阻Rx 的阻值。
控制電路104包含有一 PMOS晶體管M2、 一檢測電路1044、 一控制 信號產(chǎn)生器1046以及一電阻產(chǎn)生器1042?？刂菩盘柈a(chǎn)生器1046和電阻產(chǎn) 生器1042構(gòu)成一可變電阻產(chǎn)生單元。PMOS晶體管M2與功率開關(guān)PMOS 晶體管Ml形成一電流鏡(current mirror),用來依據(jù)流經(jīng)功率開關(guān)PMOS晶 體管Ml的一輸出電流Iout來產(chǎn)生大約等比例的一參考電流Iref。依據(jù)輸出 電壓Vout、緩啟動時間Ts以及參考電壓Vthl,控制信號產(chǎn)生器1046產(chǎn)生
一控制信號Sad，來決定當(dāng)下電阻產(chǎn)生器1042的電阻值Refto。電阻產(chǎn)生器
1042包含有一電阻Ra串聯(lián)于一電阻Rb以及一 NMOS晶體管M3并聯(lián)于 電阻Rb,其中NMOS晶體管M3的一柵極端N2耦接至控制信號Sad。檢 測電路1044,圖中以一比較器為例，檢測參考電流Iref所導(dǎo)致的一反饋電 壓Vf2。當(dāng)反饋電壓Vf2達到或高于一參考電壓Vth2時，檢測電路1044 改變功率開關(guān)PM0S晶體管M1的導(dǎo)通程度，譬如說，降低PMOS晶體管 Ml的導(dǎo)通程度或是完全關(guān)閉PMOS晶體管Ml。簡單地說，控制電路104 利用負(fù)反饋控制，希望將輸出電流lout限制在最大容許值I麵t(二參考電壓Vth2/Reffeet)以下，且電阻值R^ct可隨時間變化而改變。Re版t可以在緩啟動 時，先給一個比較大的值，所以Ilimit比較小，藉以消除沖擊電流的發(fā)生； 而一過了緩啟動后，Reffect則給予一比較小的值，所以I麵t變大，來定義正 常狀態(tài)時負(fù)載所需限制的最大電流。相較于電壓穩(wěn)壓電路102，控制電路
104的開環(huán)帶寬(叩en lo叩band width)可以設(shè)計得比較大，也就是反應(yīng)速度 比較快?？刂齐娐?04可以比較快的反應(yīng)速度，快速地防止輸出電流lout 過高的情形發(fā)生。
圖2為圖1的電壓穩(wěn)壓器100的參考電壓Vthl、輸出電壓Vout和控制 信號Sad,在一實施例中的時序圖。當(dāng)電壓穩(wěn)壓器100于時間Tl被啟動時， 會直接使參考電壓Vthl達一個預(yù)設(shè)值，然后進入一緩啟動(Soft Start)的狀 態(tài)(緩啟動時間Ts的時段內(nèi)，介于時間Tl到T2之間)。在該緩啟動時間Ts 內(nèi)，輸出電壓Vout還未達到一預(yù)定值Vout—target,因此電壓穩(wěn)壓電路102 會希望開啟PMOS晶體管M1,來對輸出電容Cout充電，拉高輸出電壓Vout; 但是，此時PMOS晶體管Ml所能供應(yīng)的最大容許值Ilimit,是被控制電路 104所控制。由圖1可推知，電阻產(chǎn)生器1042的電阻值Re版t與控制信號
Sad的電位值是呈一反相關(guān)系；而電阻值Reffect,如同先前所述，則跟輸出
電流Iout的最大容許值I脇t呈另一反相關(guān)系。換句話說，控制信號Sad的
電壓電平越高，電阻值Reffect就越小，最大容許值I脇t越大。因此，圖2中
的控制信號Sad便意味著，在一開始進入緩啟動時間Ts時，先給最大容許
值Itoit—個比較小的值，如此在對輸出電容C0Ut充電的同時，也消除了沖 擊電流的發(fā)生。而在緩啟動時間TS內(nèi)，最大容許值Iumit慢慢上升，讓對輸
出電容Cout充電的充電電流可以'lt慢增加。到離開緩啟動時間Ts后，最
大容許值I腦it設(shè)定為一最大值，來定義正常狀態(tài)時負(fù)載所需限制的最大電
、、六
號Sad以逐漸地減小可變電阻值R的方法，任何單調(diào)地(monotonically ) 變化控制信號Sad的方法均為本發(fā)明的范疇所在。舉例來說，控制信號產(chǎn) 生器1046亦可以階級式地提升控制信號Sad以階級式地減小電阻值R^ect。
整控制信號Sad以控制一 PMOS晶體管來改變電阻值Reffect。
7時間T2，也就是離開緩啟動時間Ts的時間點，可以用各種不同的方法 決定。譬如說，當(dāng)輸出電壓Vout大約到達到預(yù)定值Vout—target時，便可以 認(rèn)定為緩啟動時間Ts結(jié)束，所以控制信號產(chǎn)生器1046將最大容許值Ilimit 設(shè)定為一最大值。舉另一例來說，控制信號產(chǎn)生器1046中可具有一計時器， 使得控制信號產(chǎn)生器1046在時間Tl過后的一預(yù)定時間后，便自行認(rèn)定緩 啟動時間Ts結(jié)束。在實施例中，緩啟動時間Ts的結(jié)束可由控制信號產(chǎn)生 器1046自行判定，或是由其他裝置來判定而告知控制信號產(chǎn)生器1046。
請參考圖3。圖3所述依據(jù)本發(fā)明一控制方法300之一實施例流程圖。 控制方法300用來防止一電壓穩(wěn)壓電路的一沖擊電流(Inrush current)?？刂?方法300將以圖1所示的實施例電壓穩(wěn)壓器100為例作為說明。另一方面， 倘若大體上可達到相同的結(jié)果，本發(fā)明的實施例并不需要一定照圖3所示 的流程中的步驟順序來進行，且圖3所示的步驟不一定要連續(xù)進行，亦即 其他步驟亦可插入其中。控制方法300包含有
步驟302:啟動電壓穩(wěn)壓電路102;
步驟304:利用電阻產(chǎn)生器1042來提供電阻值R^eet,其預(yù)設(shè)值為一最 大值Rmax;
步驟306:產(chǎn)生代表流經(jīng)功率開關(guān)PMOS晶體管Ml的輸出電流lout 的參考電流Iref;
步驟308:隨時間變化減小電阻值R^ect;
步驟310:使參考電流Iref流經(jīng)電阻產(chǎn)生器1042的電阻值P^版t以產(chǎn)生 反饋電壓Vf2;
步驟312:檢測電阻產(chǎn)生器1042的上的反饋電壓Vf2;
步驟314:當(dāng)檢測到反饋電壓Vf2達到或高于第二參考電壓Vth2時， 改變功率開關(guān)PMOS晶體管Ml的導(dǎo)通程度；以及
步驟316'.當(dāng)輸出電壓Vout達到預(yù)定值VoutJarget時，將電阻值R^ct 設(shè)定為一最小值Rmin。
由于電壓穩(wěn)壓電路102在步驟302被啟動時，其會先進入緩啟動的狀 態(tài)。為了防止電壓穩(wěn)壓電路102在啟動電源時的沖擊電流現(xiàn)象，控制方法
300利用控制電阻產(chǎn)生器1042的電阻值Reffcet來控制輸出電流lout的最大 容許值Ilimit?？刂品椒?00在電源啟動后會逐漸地減小電阻值Reffect,因此
最大容許值I^it亦會逐漸地增加。最后，在步驟316中，當(dāng)輸出電壓Vout大約到達到預(yù)定值Vout—target時，便將電阻值Reffect設(shè)定為最小值Rmin,
以使得輸出電流l0Ut可以容許用較大的最大容許值Itoit來正常地供應(yīng)一耦
接于電壓穩(wěn)壓電^各102的負(fù)載。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均 等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制電路，適用于一電壓穩(wěn)壓器，該電壓穩(wěn)壓器包含有一功率開關(guān)，該控制電路包含有一可變電阻產(chǎn)生單元，提供阻值隨時間變化的一可變電阻，其中一參考電流流經(jīng)該可變電阻而產(chǎn)生一第一反饋電壓，該參考電流代表流經(jīng)該功率開關(guān)的一電流；以及一檢測電路，當(dāng)檢測到該第一反饋電壓達到或高于一預(yù)設(shè)值時，降低該功率開關(guān)的導(dǎo)通程度。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中該可變電阻產(chǎn)生單元包含有一控制信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生一控制信號；以及一電阻產(chǎn)生器，依據(jù)該控制信號決定該可變電阻的阻值。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制電路，其中該控制信號產(chǎn)生器依據(jù)一第二反饋電壓產(chǎn)生該控制信號，其中該第二反饋電壓代表該電壓穩(wěn)壓器的一輸出電壓。
4. 如權(quán)利要求3所述的控制電路，其中該控制信號產(chǎn)生器于一緩啟動時間內(nèi)變化該控制信號，該緩啟動時間介于該電壓穩(wěn)壓器開啟后至該第二反饋電壓達一參考值的期間。
5. 如權(quán)利要求2所述的控制電路，其中該電阻產(chǎn)生器包含有一晶體管，其中該晶體管依據(jù)該控制信號決定該可變電阻的阻值。
6. 如權(quán)利要求5所述的控制電路，其中該電阻產(chǎn)生器還包含有一電阻，串聯(lián)于該晶體管。
7. 如權(quán)利要求5所述的控制電路，其中該電阻產(chǎn)生器還包含有一電阻，并聯(lián)于該晶體管。
8. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，還包含有一晶體管，其中該晶體管與該功率開關(guān)形成一電流鏡，該參考電流流經(jīng)該晶體管。
9. 一種電壓穩(wěn)壓器，包含有一如權(quán)利要求1所述的控制電路；以及一放大器，根據(jù)一第二反饋電壓與一參考值來產(chǎn)生一控制該功率開關(guān)的控制信號，其中該第二反饋電壓代表該電壓穩(wěn)壓器的一輸出電壓。
10. —種控制方法，適用于一電壓穩(wěn)壓器，該電壓穩(wěn)壓器包含有一功率開關(guān)，該控制方法包含有提供一可變電阻；產(chǎn)生代表流經(jīng)該功率開關(guān)的 一 電流的 一參考電流；使該參考電流流經(jīng)該可變電阻；檢測該可變電阻上的一第一反饋電壓；當(dāng)檢測到該第 一反饋電壓達到 一預(yù)設(shè)值時，降低該功率開關(guān)的導(dǎo)通程度；以及隨時間變化改變該可變電阻的阻值。
11. 如權(quán)利要求10所述的控制方法，其中隨時間變化改變該可變電阻的阻值的步驟包含有產(chǎn)生一控制信號；以及依據(jù)該控制信號決定該可變電阻的阻值。
12. 如權(quán)利要求11所述的控制方法，其中產(chǎn)生該控制信號的步驟包含有依據(jù)一第二反饋電壓產(chǎn)生該控制信號，其中該第二反饋電壓代表該電壓穩(wěn)壓器的一輸出電壓。
13. 如權(quán)利要求12所述的控制方法，還包含在一緩啟動時間內(nèi)變化該控制信號，該緩啟動時間介于該電壓穩(wěn)壓器開啟后至該第二反饋電壓達一參考值的期間。
全文摘要
控制電路、電壓穩(wěn)壓器與其控制方法。該控制電路適用于一電壓穩(wěn)壓器，該電壓穩(wěn)壓器包含有一功率開關(guān)，該控制電路包含有一可變電阻產(chǎn)生單元，提供阻值隨時間變化的一可變電阻，其中一參考電流流經(jīng)該可變電阻而產(chǎn)生一第一反饋電壓，該參考電流代表流經(jīng)該功率開關(guān)的一電流；以及一檢測電路，當(dāng)檢測到該第一反饋電壓達到或高于一預(yù)設(shè)值時，降低該功率開關(guān)關(guān)閉的導(dǎo)通程度。
文檔編號H02M3/04GK101674015SQ20081021539
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者曾揚玳 申請人:通嘉科技股份有限公司