[发明专利]具有快速过压响应的无电容低压差电压调节器

说明书

背景技术

传统的LDO电压调节器需要外部电容器来使得输出电压稳定。为了在便携式应用中增加电池寿命并节省PCB区域，低静态电流、“无电容”LDO电压调节器的使用日益增加。然而，当负载电流变化非常快(如，在小于1ns内从几十毫安变为零)时，这些无电容LDO电压调节器将遇到问题。由于受限的片上输出电容和缓慢的环路响应，输出电压将跳升到电源电压。此外，在跳升之后，取决于电阻分压器的电阻和片上电容器的电容，输出电压非常缓慢地回落到正常值。结果，LDO电压调节器的输出电压将偏离正常值，并在特别长的一段时间保持在电源电压附近。不可避免地，低电压负载电路将因此被摧毁或发生故障。

需要保留无电容LDO电压调节器的优点但是不容易受到如所描述的过压情况影响的改进型电压调节器。

发明内容

提供了电压调节器和电压调节方法，其中，一个或多个放电器电路对片上输出电容和缓慢的环路响应时间进行补偿。在一个实施例中，电压调节器包括：耦合到输出电压线的输出晶体管，耦合到输出电压线的、用于产生输出反馈电压的输出电压感测装置，以及耦合到输出反馈电压、输出晶体管和参考电压以用于将反馈控制应用到输出晶体管的误差放大器。第一放电器电路耦合到输出电压线并耦合到参考电势，第一放电器电路由急升的过压状态所触发。在另外的实施例中，使用快速和慢速放电器电路的组合来提高负载阶跃响应，即，防止输出电压跳得太高并将其很快地拉回到稳定值，从而可以保护负载电路。可以使该电路消耗非常低的功率(如，大约5μA的静态电流)，并展现出非常高的速度。在示例性的实施例中，电路可以处理1ns这么快的全范围负载阶跃(上升/下降)。

附图说明

在结合对附图的参考阅读和理解于此在下面发现的示例性实施例的详细描述后，将会理解其它特征和优势，下面提供了对附图的简要描述。

图1是具有快速负载阶跃响应的电压调节器的简化电路图；

图2是更详细地示出图1中的快速放电器电路的电路图；

图3是更详细地示出图1中的慢速放电器电路的电路图；

图4是示出图1的电压调节器的一个应用的方框图。

具体实施方式

下面是对本发明更详细的描述。本领域技术人员将认识到，下面的详细描述仅是示例性的，而不旨在作为任何形式的限制。在本公开的好处下，本发明的其它实施例将轻易地将其自身建议给这样的技术人员。现在详细参考附图中示出的本发明的实施例。将在全部图和随后的详细描述中使用相同的附图标记来指相同或类似的部件。

参见图4，示出了下文中更详细地描述的电压调节器100的一个可能的应用。电压调节器100形成了向核心处理器203提供功率的功率管理IC 201的一部分。核心处理器203可以是例如移动电子设备的处理器。从提供输入电压Vin的外部电池或USB设备205向功率管理IC 201提供功率。将输入电压Vin施加到电压调节器100以及施加到包括了低压脉宽调制(PWM)控制器211和开关213的开关电源210。电压调节器100的输出电压Vout担当针对PWM控制器211的内部电源。PWM控制器产生与输入电压Vin一起施加到开关213的控制信号(如，PWM1、PWM2)。通过开关213的适当控制，将输入电压Vin转换成用来向核心处理器203供电的电压Voutcp。

现在参见图1，示出了具有快速过压响应的电压调节器(无电容LDO电压调节器)的电路图。优选地，以单个集成电路的形式来实现电压调节器。电压调节器的基本结构包括输出晶体管M、处于阻性分压器R1、R2形式的输出电压感测装置、误差放大器OTA和输出电容器Co。优选地，输出晶体管M是PMOS晶体管。该输出晶体管M与阻性分压器R1、R2串联耦合。将输出晶体管M和阻性分压器R1、R2的串联组合连接到电源电压Vin和地之间。将输出电压线L连接到输出晶体管M和阻性分压器R1、R2之间的节点N1，在阻性分压器R1、R2两端产生输出电压Vout。在阻性分压器R1、R2的中间节点N2处产生指示输出电压Vout的反馈电压。

还将误差放大器OTA的电源端子连接到电源电压Vin和地。将误差放大器OTA的负输入端子连接到参考电压Vref。将误差放大器OTA的正输入端子连接到反馈电压Voutfb。将误差放大器OTA的输出端子连接到输出晶体管M的栅电极。从而，输出晶体管M的导通状态受到反馈环路依照参考电压Vref和反馈电压Voutfb之间的差的控制。输出电容器Co被耦合在输出线L和地之间，并用来平滑输出电压Vout的变化。