[发明专利]具有前馈电路的电压调节器

说明书

电压调节系统包括电压调节器、限流电路和前馈电路。电压调节器调节输出电压至所需的电压水平。限流电路控制电压调节器的输出电流至所需的电流水平。具有快速响应时间的前馈电路，其控制由于输出电压的下降导致的输出电流中的涌浪电流。

技术领域

本发明大体涉及一种电压调节器，具体地涉及控制电压调节器的输出电流中的涌浪电流的前馈电路。

背景技术

例如片上系统(System-on-Chip，SoC)和专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)的集成电路在单个芯片上中集成了各种模拟和数字元件。这些元件需要稳定的供电电压以实现其正常的功能。从而，集成电路包括例如低压降稳压器(Low Dropout Voltage Regulator，LDO)的电压调节器，以调节供电电压。LDO电压调节器将进入到来自电压源的供电电压中的噪声去除，并在即使供电电压非常接近经调节的输出电压时，提供经调节的输出电压。集成电路进一步包括限流电路，以保护元件免受电流涌浪引起的危害。

图1所示的是一种电压调节系统100，其包括LDO电压调节器102，其连接到限流电路104。电压调节器102连接在供电电压V_in与地之间。电压调节器102生成并调节输出电压V_out至所需的电压水平。连接到负载电容器106和负载108的电压调节器102包括第一差分放大器110、传输晶体管112、以及电阻网络114。

第一差分放大器110接收参考电压V_ref和反馈电压V_fb，并生成误差电压V_error。传输晶体管112在其栅极处接收误差电压V_error，并在其漏极处生成输出电压V_out。包括第一电阻116a和第二电阻116b的电阻网络114连接在地和传输晶体管112之间，以接收输出电压V_out。

限流电路104连接到电压调节器102，以限制电压调节器102的输出电流I_out至安全运行区域(Safe Operating Area，SOA)。该SOA表明运行传输晶体管112和负载108且不产生任何危害的最大电压和电流水平。限流电路104包括电流感测电路118、第二差分放大器120、以及控制晶体管122。

电流感测电路118检测电压调节器102的输出电流I_out自所需的电流水平上出现的增长，并生成第一中间电压V_int1。电流感测电路118包括第三电阻124和第一晶体管126。第二差分放大器120接收第一中间电压V_int1和供电电压V_in，并生成控制电压V_pu。控制晶体管122在其栅极接收控制电压V_pu。该控制电压V_pu触发控制晶体管122以生成第二中间电压V_int2。第二中间电压V_int2拉高传输晶体管112的栅极的电压水平，并降低传输晶体管112的导通水平。当传输晶体管122的导通水平下降，电压调节器102的输出电流I_out也降低到所需的电流水平。

通常地，例如限流电路104的限流电路形成反馈回路以控制输出电流。因此，限流电路104具有较慢的响应时间。因为该较慢的响应时间，在负载108出现短路事件的起始时候，输出电流I_out会经历短时间的涌浪，在那之后输出电流I_out被限制到所需的电流水平。对于高功率的电路而言，该涌浪的持续时间可能是可以忽略的；然而，该涌浪的持续时间对于低功率电路(例如传输晶体管112)而言则足够长到产生危害。在一些情形下，涌浪的持续时间可能长达100微秒(μs)、输出电流I_out的幅度可高达10安培(A)。输出电流I_out的涌浪进一步导致不良的传输晶体管112的功耗增加。

因此，提供具有快速响应时间并在其输出电流中防止涌浪电流的电压调节器，是有利的。