TW200819943A - A voltage regulator - Google Patents
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200819943 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於穩㈣置。特別是有關於具有輸出短 路保護之穩壓裝置。 【先前技術】 電源管狀肢已騎子設計之轉發展領敵―，而為提 #供不同之靖雜及轉，可_之方式包括雜穩壓裝置及切 換«壓裝置。她於切換式麵裝置，線性穩賴置具低雜訊、 低複雜度、及尺寸小等之優點，因此肤地應驗各種電子產品 中。如第1圖所示’第！圖係顯示習知―低壓差（L〇wDr叩⑽， LDO)線性穩壓裝置1Q方塊圖，包括—關元件加及一放大器 1〇4。其中，該開關元件1Q2可為—n型金氧半場效電晶體 (N-MOSFET)，係耦接一電源&，並提供一輸出電壓ιΐ2至 • V°ut。一第一阻抗108輕接該輸出電壓112,根據該第一阻抗108 及一第二阻抗11Q之比例’以產生—回授訊號106。該放大器 1〇4 ’依據該回授訊號傷，進—步控制該_元件咖之導通 程度，以控制該輸出電盧112。因此’該低愿差線性穩屢裝置10 度’達到提供固定輸出電壓II2之目的。 一般而言，可依據整合程度區而將線性穩壓裝置分為整合型 線f生II衣置、及離散型線性穩屡裝置。於整合型線性穩遷裝置
Clients Docket No. TT s Docket No: ^75-A41〇〇9-TW/Final/Rita/2006/10/15 6 200819943 中’開關元件、放大ϋ及其他電料整合為單—之電源管理積體 電路’從而節省印刷電路板之佈局面積，同時亦因元件數目減少 而使整體成本下降。因此，當觀電流為2Α以下時，普遍 合型線性穩縣置。當設計額定電流大於说之電路時，若考量二 開關元件如’如Ν型金氧半場效電晶體之佈局面積及其散熱能 力等問題，則需考慮使用離散型線性穩屢裝置。如上述之習知低 壓差線性穩壓裝置10 ’離散型線性碰裝朗翻用—放大哭， 根據輸出賴聽接之阻抗’以控制_元件，如Ν型金氧半場 效電晶體之導通程度’進而控制輸出賴。然而，離散型線性釋 壓裝置最大問題在於無法得知糊_晶體之工作狀態及輸出 流之大小，因此無法設計適當之保護電料置，例如：輸出過電 流保護、過溫度賴、或者輸歧路保護等裝置，造成實& 應用之諸多關。其中，尤以無法於開機時，設計_之輸= 路保護電路裝置最為人所詬病。 習知上，欲解決上述之問題，係透過實現一回授電屢比 較電路’來達成輸出短路保護之目的。請參考第2圖， 第2圖係顯示# —具回授電壓比較電路之穩壓裝置口2〇 一 -~---------- >Ρ -ώ (MJ； 示之_元件2Q2係為-N =，以提供-輸出電壓220至v〇ut。根據—第一阻抗細及: 弟二阻抗21〇之分壓比例，以產生—回授訊號2Q6。透過一叫 其中，第2圖
Client’s Docket No. TT^ Docket No： 〇975-A41〇〇9-TW/Final^lita/2006/10/15 200819943 器214之判斷，當回授訊號咖之準位，低於—第— 堡源212之電縣位時，表示該穩顧置發生輸出短路，此日士卞 比較器2工4即輪出一邈干护嗝 匕日守磕 路保，。二 虎16至相關控制裝置以啟動短 ^ 提的疋’其中該第—參考電廢源212之電 :必須低於耦接該放大器2Q4之—第二參考電壓源咖之^ 立此條件用u避免目麵觸而輪出該警示錢加。然
上述之翻短路保護魏，於系統軟 ^J 統軟啟動_，該輸出電壓22Q .閉。於系 誠电& 220之電壓準位低於該第—參 之電壓準位，若不_該比較器214，職比較哭21/ 輸出該警示信號216，這將使系統無法正常_或運作。也因: 於糸統開機時，並無法執行輸出短路保護。 此 有鐘於此，本發明接徂 n ^ b 、一種能於系統開機時執轩♦ 輸出紐路保護之穩壓裝置， 丁之 月b正石崔及時债測齡 路，並確保提供一固定之於 1出紐 知技術之限制。 从克服習 【發明内容】 本:明揭露一種穩壓裝置’包括:一開關 -侧電路，：: 號控制該開關電路，以調節偏移之該輪出電源；及訊 保濩電路，_該補償訊# / 1路 弟一參考電壓源，依據
Client’s Docket No. TT^s Docket No: 〇975.A41〇〇9-TW/FinayRita/2006/l〇/i5 200819943 該補償訊號及該第一參考電壓源兩者之電壓準位，判斷 該穩壓裝置是否發生短路，若是，則發出一警示訊號。 其中，該偵測電路更包括一分壓電路及一放大器；該輸出 短路保護電路，進一步地包括一比較器；而該開關電晶體係為一 開關電晶體。 本發明另揭露一種穩壓裝置，包括：一開關電路、一偵測 電路、及一輸出短路保護電路。該開關電路耦接一電源，用 • 以提供負載所需之一輸出電源。該偵測電路耦接該輸出 電源，提供一補償訊號，用以調節偏移之該輸出電源。 該輸出短路保護電路耦接該偵測電流及一第一參考電流 源，依據該偵測電流值及該第一參考電流源之電流值， 判斷該穩壓裝置是否發生輸出短路，若是，則輸出一警 示訊號。其中，該偵測電路進一步包括一分壓電路及一 放大器；該開關電路係為一開關電晶體；及該輸出短路保 ® 護電路更進一步包括一比較器。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。 【實施方式】 請參考第3圖。第3圖係顯示與本發明實施例一致 之穩壓裝置30方塊圖。該穩壓裝置30包括：一開關電路32、 一偵测電路34、及一輸出短路保護電路36。該開關電路32耦
Client’s Docket No. TT^ Docket No: 0975-A41009-TW/Final/Rita/2006/10/15 9 200819943 電原vln用以提供一輸出電壓U 。該横測電路 34耦接該輸出電屋s31，當該輸出電壓S3i之電壓準位 上升或下降變動時，該制電路34輸出-補償訊號S32 t制該開關電路32，以調節偏移之輸出電壓&。該偵 測電路34包括一八陳帝的 、 刀£電路302及一放大器3〇4，該分 壓電路3 0 2 _接兮私山φ两、0 x — 钱μ輸出電^S3i及輸出一回授訊號S33; 而該放大益3Q4輕接—第二參考電壓源V32及該回授訊 ^ 33依據忒回杈訊號心3之電壓準位及該第二參考電 壓源V32之電壓準位之一比較誤差值，以產生該補償訊 號二y該輸出短路保護電路36,係輕接該補償訊號k 及第參考電堡源〜，若該補償訊號s32之電壓準位 高於該第一參考電壓源V31之電壓準位，表示該_ 置發生輸出短路，該輸㈣路保護電路36將輸出一警 示訊號&至相關控制裝置以啟動短路保護。該輸出短 路保”路36包括—比較器3〇6，轉接該補償訊號^ 及該第-參考電壓源〜，比較該補償訊號&之電遷準 位及„亥第|考電壓源之電壓準位，用以判斷輪出 紐路之發生。相關之工作原理將進一步說明如下。 明參考第4圖，第4圖係顯示與本發明實施例—致 之穩塵裝置40電路圖，包括：一開關電路42、一伯測電路 44及輸出短路保護電路Μ。該輸出短路保護電路π可包
Client’s Docket No. m Docket No: 0975.A41009.TW/FinayRita/2006/10/15 200819943 括一比較器4〇6,耦接一第一參考電壓源V41及該偵測電 路44所提供之一補償訊號S42，並輸出一警示訊號 至相關控制裝置以啟動短路保護。而該偵測電路44包括 一分壓電路4〇2及一放大器4〇4。其中，該分壓電路4〇2 可更進一步地包括一第一阻抗Rl及一第二阻抗r2 ;該 放大斋4 0 4之兩輸入端係搞接一第二參考電壓源Vu及 該分壓電路4〇2所提供之一回授訊號s43，同時依據該 _ 回授訊號S43之電壓準位及該第二參考電壓源之電 壓準位之一比較誤差值，以產生該補償訊號S42。該開關 電路42係為一開關電晶體，於一些實施例中，可為一 n型 金氧半場效電晶體（N-MOSFET)，具有一輸入端（汲極）係麵 合至該電源Vin、一控制端（閘極）係搞合至該補償訊號 S42、及一輸出端（源極）提供一輸出電壓S41。如此一來， 該放大器4〇4便可根據輸出電壓，於該開關電晶體42 • 之控制端（閘極）產生適當之電壓變化，以控制該開關電晶 體42之導通程度，進而控制該輸出電壓。於穩態操 作下，該開關電晶體42係操作於飽和工作區，因此， 5亥開關電晶體4 2之輸入端電流，如汲極電流心，可表 示如下， =1ZXMXC0X x — x{VGS -Vmf Δ L ( 1 1 *
Client’s Docket No. TT’s Docket No: 0975-A41()09-TW/Final/Rita/2006/10/l5 200819943 . ? y 1 Μ 玉X//XC〇ZXI為-常數；L係為該開關電晶 體4 2之閘源極電壓準位;以及〜係為該開關電晶體4 2 之S品界電壓值。
且該輸出電壓Su之電壓準位可表示如下， Wrefx^i±M ^ (2)； /、中re/係表示5亥苐一參考電壓源v42之電壓準位。 _ 由上述等式可知，t系統之輸出加載時，該輸出電 壓S41之電壓準位下降，因此該第一阻抗Ri及一第二阻 抗R2所刀壓之回授訊號S43亦下降，該放大器反應 7輸出電壓S41之偏移而輸出上升之補償訊號一，藉此 提高該開關電晶體42之控制端（閘極）電壓準位，以加 強該開關電晶體42之導通程度，致使更多電流通過該 _ 開關電晶體42，進而回復該輸出電壓S4i之電壓準位。 一般而言，此變動之回復時間依設計而不同，約為數微 秒至數十微秒間。 當該開關電晶體42之控制端（閘極）電壓準位高於 該第一參考電壓Vu之電壓準位時，該比較器406判斷 發生輸出短路，同時提供該警示訊號S44至相關控制裝 置以啟動短路保護。為避免由於暫態變化，造成該比較 為4 〇6誤判而輸出該警示訊號s44，於一實施例中，可
Clients Docket No. m Docket No: 〇975-A41009-TW/FiiiaiyRita/20〇6/10/15 12 200819943 將-低通遽波電路48耦接該比較器46，以忽略低於一 既定時間之警示訊號S44。 明參考第5圖’第5圖係顯示與本發明另一實施例 一致之穩Μ裝置50電路圖，包括：_開關電路52、一偵測 電路54、一細電阻Rgs、及一輸出短路保護電路56。於本實 例中’該開關電路52係為一開關電晶體52，如—N型金氧半 籲場效電晶體（N-MOSFET)，其輸入端（汲極）係耦合至一電源 ▽in、其控制端（閘極）係耦合至一補償訊號S52、以及一 輸出端（源極）係耦合至一輸出電壓S5i。因此，如上述 實施例之說明，本實施例亦透過—放大器5Q4，根據該 ，出電壓S51之變化，產生對應之—補償訊號&以改 變該開關電晶體52之控制端（閘極）電壓準位，即控制該開 關電晶體52之導通程度，進而控制該輸出電壓Ssi，藉 • 此達到提供固定電壓之目的。 與則一貫施例不同的是，本實例之輸出短路保護電路 56包括一電流比較器5〇6，耦接該補償訊號S52及一第 一參考電流源iref。當該輸出電壓Ssi之電壓準位無變 化，意即於穩態操作情況下，該開關電晶體52之控制 知（閘極)電流值為零，因此，將該偵測電阻，以並 聯方式輕合於該開關電晶體52之控制端（閘極）至輸出 端（源極）間’而產生與控制端（閘極）至輸出端（源極）
Client’s Docket No· TT5s Docket No: 〇975-A41009-TW/Final^ita/2006/10/l5 13 200819943 之電壓vGS成正比之一偵測電流Igs。當該輸出電壓 之電壓準位產生偏移時，該偵測電流工gs亦相對微幅變 1 動。然而’當該穩壓裝置發生輸出短路時，該㈣電流 Igs將同時大量增加。因此，透過該電流比較器5〇6，比 較該债測電流Igs及該參考電流值工ref。當該侧電流 Igs大於Iref時，該比較器S6即判斷該穩壓裝置發生輸 •出短路，發出一警示訊號Ss4至相關控制裝置以啟動短 路保護。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範_ ’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 之保護範圍當視後社巾料利範圍所界定者為準。 鲁
Client’s Docket No· TT’s Docket No: 0975-A41009-TW/Fiml/Rita/2006/10/l5 14 200819943 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示習知一低壓差線性穩壓裝置方塊圖； 第2圖係顯示習知一具回授電壓比較電路之穩壓裝 置方塊圖； 第3圖係顯示與本發明實施例一致之穩壓裝置方塊 圖； 第4圖係顯示與本發明實施例一致之穩壓裝置電路 圖； 第5圖係顯示與本發明另一實施例一致之穩壓裝置 電路圖。 【主要元件符號說明】 40〜穩壓裝置； 4 4 ~ ^(貞測電路， 4〇2〜分壓電路； 4 0 6〜比較器；
Ri〜第一阻抗； V41〜第一參考電壓源 ▽42~弟二參考電壓源 s41~輸出電壓； 5 4 3 ~回授訊號； 4 2〜開關電路； 輸出短路保護電路； 404~放大器； R2〜第二阻抗； 5 4 2 ~補償訊號； S 4 4〜警不訊號。
Client’s Docket No. TT^ Docket No: 0975-A41009-TW/Final/Rita/2006/10/l5 15
Claims (1)
- 200819943 十、申請專利範圍： 1. 一種穩壓裝置，包括： -開關電路’耦接-電源’用以提供負载 一偵測電路，麵輸嶋，當該_二==; 該偵測電路輪出-補償訊號控制該開關電路，以偏 輸出電源；以及 々夕艾该輸出短路保護電路，耗接該補償訊號及一第一參考電壓 源’依據_償訊狀該第—參考電麵兩者之賴準位^ 該穩魏置衫發生娜，若是，則糾—警雜號。崎 2. 如申請專利範圍帛：項所述之穩壓裝置:其中 測電路包括： M 及 一分壓電路，叙接該輸出電源，以輸出一回授訊號；以 -放大器’耦接一第二參考電壓源及該回授訊號，依據該 回授訊號及該帛二參考電紅—比輪録，以録該補償訊 號0 3 ·如中轉利麵第1項所述之穩壓裝置，其中，該開 關電路為-開關電晶體’該開關電晶體之一輸入端係耦 合至該電源、該開關電晶體之—控制端係耦合至該補償 訊號、以及制關電晶體之—輸出端提供該輸出電源。 Client’s Docket No. TT’s Docket No: 0975-A41009-TW/Fina]/Rjta/2006/K)/15 200819943 4 ·如中請專利翻項所述之穩壓裝置，其中，該輸出 短路保護電路包括—比較器嘯接該補償訊號及該第-參考電歷 源’比較該補償訊號之電壓準位及該第一參考電壓準位，用以判 斷該穩塵裝置之輸出短路。 5.如中請專利範圍第2項所述之穩壓裝置，其中，該輸出 電源之值’鱗職第二參考準位及該分壓電路之—電阻分 壓比而決定。 _ 6· 一種穩壓裝置，包括： 一開關電路’祕-電源，用以提供負載所需之—輪出電源； 一谓測電路，接該輸出電源，當該輸出電源上升或下降時， 該偵測電路輸出-補償訊號控制該開關電路，以調節偏移之該 輸出電源； ^ -制電阻，雛該侧電路之輪出及該輸㈣源，以產生 一偵測電流；以及 • _輸出短路保護電路’搞接該偵測電流及一第—參考電流 源，依據該制電流值及該第一參考電流源之電流值，判斷=释 壓衣置疋否發生輸出短路，若是，則輪出一警示訊號。 . 1 ·如申請專利範圍第6項所述之穩壓裝置，其中，該偵 測電路包括： ^ ' 一分壓電路，耦接該輸出電源，以輸出一回授訊號·及 一放大器，耦接一第二參考電壓源及該回授訊號，依據哕 Clienfs Docket No. TT^ Docket No: 〇975-A41009-TW/Final/Rita/2006/10/15 17 200819943 回授訊號及該第二參考電壓之一比較誤差值，以產 號。 噙铺償釩 士申。月專利範圍第6項所述之穩壓裝置，其 關電路為-開關電晶體，該_電晶體之—輪^，讀間 合至該電源、該開關電晶體之-控制端係Μ鳴係餐 訊號、以及該開關電晶體之一輪出端提供該輸出電線讀補償 9.如申請專利範圍第6項所述之穩塵裝置，其中、，： 短路保護電路包括—比較器，_該_電流及該第—參^輪出 源’比較該铜電流值及該第—參考電流值，用以判斷該= 置之輸出短路。 ％堡裳 1〇·如申請專利範圍帛7項所述之穩壓裝置，其中，該輪出 電源之值’係透第二參考賴準位及該分壓之—電阻分 壓比而決定。Client’s Docket No. TT5s Docket No： 〇975-A41009-TW/Final/Rita/2006/10/15
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2006
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