电压调节器的制造方法
电压调节器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型的实施例涉及电压调节器，并且更具体地，涉及具有软启动和电流限制电路的N沟道输入对电压调节器。
【背景技术】
[0002]电压调节器向负载提供稳定的、几乎恒定的(经调节的)电源电压，试图将经调节的电源电压保持在几乎恒定的值，而不管负载的电流需求。电压调节器被使用于复杂的电子系统以在电源电压被提供给其他电路组件之前调节电源电压。电路设计者必须评估的诸多问题之一是首次施加电源时电路设计如何表现。在启动时可能发生意外事件。电容器必须被充电，并且所有的集成电路(IC)从非活跃状态改变到活跃的状态。经常地，几个电压调节器对同一电路提供功率，并且每个电压调节器在启动时必须按照顺序。控制电压调节器的输出电压在启动时的转换速度降低对电路组件的应力，并且允许电路设计者将启动电压速率调整至电路所需要的水平。
[0003]负载的电子系统经常需要电压调节器以提供对电压源的软启动控制。在启动时的软启动电路控制电源电压，从而电源电压以受控的转换速度提升到操作电压。软启动电路可以控制电容器中涌入的电流、最小化负载浪涌、以及降低电压源对操作电压过冲的可能性。软启动电子线路可以采取很多形式。一种具体的实施方式使用包括N沟道晶体管的输入对的误差放大器。N型晶体管使实现软启动功能变得困难，因为N型晶体管不能太慢地摆动。N型输入放大器的输入范围不能接近接地轨，并且调节器使用N型晶体管的反馈环只有在输出电压超过某一阈值电压时才有效。
[0004]特定类型的电压调节器，被称为“跟踪调节器”，镜像或者“跟踪”另一电压源的输出电压。换句话说，跟踪调节器产生跟随初级电压调节器输出的电压的次级电压源。跟踪调节器对于产生具有与另一调节器相同的电源电压的第二电压源是有用的。在跟踪调节器启动期间需要软启动功能以限制涌入电流和过冲电压。但是当跟踪调节器的误差放大器使用N沟道晶体管时，实现跟踪调节器的软启动是困难的。此外，N沟道晶体管的输入不能摆动太慢，或者接近接地轨，以便跟踪调节器能够正常操作，因为具有N型晶体管的跟踪调节器的反馈环只有在调节器输出电压超过N沟道晶体管的栅极至源极电压的时候才有效。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本领域有需要引入一种新型的电压调节器，其能够实现软启动功能以限制涌入电流和过冲电压，同时允许使用N沟道晶体管的误差放大器，从而提高电压调节器的性能。
[0006]以简化的形式提供本【实用新型内容】以介绍选定的概念，在下文的具体实施例中会进一步描述。本实用新型部分不是旨在明确所请求保护的主题的关键特征或者本质特征。也不是旨在特别地将所有实施例限制为具体的特征。
[0007]根据本公开的一个方面，提供了一种电压调节器，其用于产生调节器输出信号。该电压调节器包括:软启动电路，包括至少一个P型晶体管，所述软启动电路被配置以接收可变斜坡电压信号和软启动反馈信号；误差放大器，包括至少一个N型晶体管，用于接收正常操作反馈信号；以及控制逻辑，配置以在操作的软启动模式期间改变所述可变斜坡电压信号以逐渐增加所述调节器输出信号并且在操作的正常操作模式期间保持所述调节器输出信号。
[0008]根据本公开的一个实施例，该电压调节器进一步包括晶体管，所述晶体管限制在所述操作的正常操作模式期间在所述调节器输出信号处的电流或者电压。可选地，所述控制逻辑被配置为逐渐将所述可变斜坡电压信号从起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的阈值电压。进一步可选地，所述控制逻辑被配置为在特定的时间框内逐渐将所述可变斜坡电压信号从所述起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的所述阈值电压。
[0009]根据本公开的一个实施例，所述软启动反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述软启动反馈信号。
[0010]根据本公开的一个实施例，该电压调节器进一步包括正常操作反馈电路，所述正常操作反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述正常操作反馈信号。
[0011]根据本公开的一个实施例，所述调节器输出信号被提供给配置为跟踪所述电压调节器的所述输出信号的跟踪电压调节器。可选地，所述跟踪电压调节器包括:第一运算放大器，具有N型晶体管输入，其中一个输入接收所述调节器输出信号；和第二运算放大器，具有P型晶体管输入，用于接收第二可变电压信号并被配置为产生在软启动操作期间使用的电压信号。可选地，所述跟踪电压调节器被配置为执行所述软启动操作，同时所述第二可变电压信号保持在所述第二运算放大器的所述P型晶体管输入的至少一个的所述阈值电压之内。进一步可选地，所述跟踪电压调节器被配置为从软启动模式转换到正常操作模式，在所述正常操作模式中所述跟踪调节器跟踪所述调节器输出信号。
[0012]根据本公开的另一方面，提供了一种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式之下。该电压调节器包括:放大器，包括一对N型晶体管，其中第一N型晶体管被配置为接收基于所述输出电压信号的第一反馈信号；软启动电路，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置以接收可变斜坡电压信号，而第二 P型晶体管被配置为接收第二反馈信号；以及控制逻辑，被配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号:(I)在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压，和(2)在所述正常操作模式期间保持所述操作电压。
[0013]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑在所述软启动模式期间逐渐增加所述可变斜坡电压信号。
[0014]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑在所述软启动模式期间在特定的时间框内逐渐增加所述可变斜坡电压信号。
[0015]根据本公开的一个实施例，该电压调节器包括:所述放大器的第二 P型晶体管，被配置为接收参考电压输入信号；以及电压反馈电路，包括第一电阻器和第二电阻器，其中在所述正常操作模式期间一旦所述输出电压信号达到等于基于第一电阻器和第二电阻器的所述参考电压一部分的电压水平，所述控制逻辑保持操作电压。可选地，所述电压水平等于所述参考电压输入信号乘以所述第一电阻器和所述第二电阻器之和除以所述第二电阻器。
[0016]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑包括:控制器；以及由所述控制器可执行的指令所实施的存储器，用于发送所述可变斜坡电压信号的变化，因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从所述起始电压逐渐增加到操作电压，并且在所述正常操作模式期间所述保持操作电压。
[0017]根据本公开的又一方面，提供了一种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式。该电压调节器包括:第一运算放大器，包括一对N型晶体管并被配置为接收基于所述输出电压信号的反馈信号；第二运算放大器，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置为接收可变斜坡电压信号，并且第二 P型晶体管被配置为接收软启动反馈信号；以及控制逻辑，配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压。
[0018]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑被配置为通过线性增加所述可变斜坡电压信号来改变所述可变斜坡电压信号。
[0019]根据本公开的一个实施例，该电压调节器包括耦合到所述第一运算放大器的所述输出的第三P型晶体管。可选地，该电压调节器进一步包括耦合到所述第二运算放大器的所述输出并且也耦合到所述第三P型晶体管的第三N型晶体管。
[0020]通过本公开的实施例，实现了软启动功能和具有N沟道晶体管的误差放大器的同时使用，这样使得电压调节器能够以良好的性能在软启动模式和正常操作模式操作。
【附图说明】
[0021] 下面参考附图详细地描述本实用新型，其中:
[0022]图1是根据一个实施例的具有软启动电路的电压调节器的示意图；
[0023]图2是根据一个实施例的图示了在具有软启动电路的电压调节器上施加斜坡电压的示意图；以及
[0024]图3是根据一个实施例的具有软启动电路的跟踪调节器的示意图。
【具体实施方式】
[0025]本文采用符合法律要求的具体说明来描述本实用新型的主题。但是说明书本身不是意图限制本专利的范围。事实上，所请求保护的主题可以也以其它的方式实施或者包括不同的步骤或者类似于在本文中所描述的步骤的组合，并与其他现在或将来的技术相结入口 ο
[0026]本文所使用的术语“耦合”、“连接”和“基本上”定义如下。术语“连接”用于描述两个电路元件之间的直接连接，例如借助于根据普通的集成电路制备技术形成的金属线。与此对照，术语“耦合”用于描述两个电路元件之间的直接连接或者间接连接。例如，两个耦合的元件可以借助于金属线直接连接，或者借助于中介电路元件(例如电容器、电阻器、电感器、或者晶体管)间接连接。术语“基本上”在本文中定义为在量化值百分之十以内的范围的值。
[0027]图1是根据一个实施例的具有一对N型输入晶体管124和126和用于执行软启动电压爬升的电路的电压调节器100。电压调节器100包括误差放大器104、补偿电路106、软启动电路108、软启动反馈电路110、和正常操作反馈电路112。这些电路电親合到电压源轨Vsupplyl 114和Vsupply2 116，它们代表不同的电压源并且接地到接地(GND)轨118。下文更详细地描述的可变斜坡电源电压(Vramp) 170，Vramp 170是由控制逻辑168从Vsupplyl114产生以便为电压调节器100提供软启动功能。
[0028]误差放大器104包括两个P型晶体管120和122以及两个输入N型晶体管124和126，并且误差放大器104接收Vsupplyl 113、参考电压(Vref) 128、和来自电流源(Itail) 190的电流。软启动电路108包括两个P型晶体管172和174。驱动器电路148包括两个N型晶体管150和152。软启动反馈电路110和正常操作反馈电路112包括电阻器RO 154、Rl 156、R3 158、和R4 160，如图1所示。补偿电路106包括补偿电阻器130和电容器132以稳定误差放大器的输出。
[0029]误差放大器104的输出连接到补偿电路106和晶体管134的栅极。晶体管136、138、140、142、144、146、150、和152用作电流镜以向误差放大器104、软启动电路108、和驱动器电路148灌入电流或者从误差放大器104、软启动电路108、和驱动器电路148拉取电流。驱动器电路148接收第二外部电压源(VsuPPly2) 116并且连接到两个反馈电路:软启动反馈电路110和正常操作反馈电路112。
[0030]输入N型晶体管124和126代表误差放大器104的N沟道晶体管输入对，在它们各自的栅极分别接收反馈信号(Vfb) 176和Vref 128。在一个实施例中，Vref 128是基于Vsupplyl 114(其镜像或者一部分)的电压。如前文所讨论的，使用N沟道输入晶体管对使得实现软启动功能变得困难，因为当它们得栅极处的电压太低时，N沟道晶体管124和126将不能正向偏置。
[0031]晶体管172在其栅极处接收反馈电压信号(Vfb_ss)178，而晶体管174的栅极从控制逻辑168接收Vramp 170。Ilimit 188被电耦合到晶体管172和174的源极，并且每个晶体管的漏极连到GND 118。
[0032]Vref 128被提供到误差放大器的晶体管126。只有当Vref 128和Vfb 176分别超过晶体管126和124的阈值栅极至源极(Vgs)电压的时候，N型晶体管124和126才接通。P型晶体管120和122以电流镜配置布置，将电流从晶体管120镜像到晶体管122。在操作中，电流Itail 190流向晶体管124和126，并且晶体管124的电流通过晶体管120镜像到晶体管122。晶体管134的栅极电压由晶体管126和122的电流差进行控制。
[0033]正常操作反馈电路112产生用于误差放大器104的Vfb 176，而软启动反馈电路110产生用于软启动电路108的反馈信号Vfb_ssl78。这些电路使用电阻器RO 154/R1 156将来自晶体管152的电压Vout 164分压以用于软启动反馈电路110，以及使用电阻器R3158/R4 160将其分压以用于正常操作电路112。额外的电阻器可以用于产生特定的电压分压。在可替换的实施例中，RO 154由Rl 156分压(比率I)并且R3 158由R4 160分压(比率2)的比率是一样的，并且反馈信号178和176组合成一个反馈信号。在该可替换的实施例中，RO 154和R3 158可以组合成一个电阻器，而Rl 156和R4 160可以组合成一个电阻器。
[0034]在操作中，电压调节器100以两种模式之一运行:(I)软启动模式，和(2)正常操作模式。在软启动模式中，电源电压Vsupplyl 114和Vsupply2 116最初是关断的，并且电压调节器100不产生输出电压Vout 164。当Vsupplyl 114和Vsupply2 116被接通时，电压调节器100进入软启动操作模式，在其过程中控制逻辑168开始逐渐增加提供至晶体管174的Vramp 170，从O增加到Vsupplyl 114。最初，所有来自电流源Ilimit 188的电流流向晶体管174，但是随着Vramp 170爬升，晶体管172开始汲取越来越多的电流。实际上，Vramp 170的增加逐渐增加了驱动器电路148中的电压和电流，或者更具体地，由晶体管152提供作为Vout 164的电压和电流。
[0035]在软启动模式下，Vout164 由包括晶体管 172、174、144、146、138、136、134、140、142、150、和152以及电阻器RO 154和Rl 156的反馈环进行控制。Vramp被提供至软启动电路108的P型晶体管174。控制逻辑168逐渐增加Vramp 170，从OV或小于晶体管174的阈值电压的电压，增加到Vsupplyl。在软启动模式下，Vout 164的电压是0V，或者电压调节器100的一些比正常操作电压更低的其他非操作电压，并且因为Vout 164是低的，Vfb176的电压因此比Vref 128更低，这使得大部分的电流从Itail 190流向晶体管126，而几乎没有电流流向晶体管124。晶体管124的电流传递给晶体管120，并且然后镜像到晶体管122。换句话说，晶体管126的电流比晶体管124的电流更大，并且该较大的电流通过晶体管120镜像到晶体管122。因此，在软启动模式期间，P型晶体管134的栅极电压被晶体管126的电流拉得更低，导致晶体管134被接通。
[0036]为了清楚起见，在这里Vramp 170被论述为“逐渐地”增加，这是指的是Vramp 170的电压在一些实施例中可以线性地增加、阶梯式地增加(即增加到中间电压，保持该电压一段时间，增加到第二中间电压等等)、或者以非线性或者抛物线的方式增加。
[0037]随着Vrampl70在软启动模式期间达到Vsupplyl 114，所有Ilimit 188将流经晶体管172并且传递通过晶体管146、144、138、和136的电流镜。在该情况下，Ilimit 188的所有电流将到达晶体管134，并且晶体管134将被限制到Ilimit 188。因此，调节器100的最大输出 电流被Ilimit 188和包括晶体管146、144、138、136、140、142、150、和152的电流镜的镜像比率所限制。这确保电压调节器绝不会超过某一电流阈值，并且因此保护防止电流浪涌和尖峰。此外，Vout 164 被由晶体管 174、172、146、144、138、136、140、142、150、152、RO 154、和Rl 156构成的低增益环所控制。低增益环由Cload 166补偿，并且不需要额外的补偿电路。
[0038]晶体管134是P型晶体管，当其在其栅极处接收来自误差放大器104的低电压时被接通。在软启动模式期间，晶体管134是完全接通的，这是由于来自误差放大器104的低电压或者零电压。晶体管146、144、138、136、140、142、150、和152将晶体管172的电流镜像到Vout 164。随着来自误差放大器104的电压增加，晶体管134开始降低源于软启动电路108的被提供至Vout 164的电流和电压的量。在一个实施例中，软启动反馈电压Vfb_ss 178 由比率(R0+R1)/R1 跟随 Vramp 170 的电压，直到 Vout 174 达到 Vref* (R3+R4)/R4。在一个实施例中，当Vramp 170大于电压Vref*(R3+R4)/R4/((R0+R1)/Rl)时，电压调节器100从软启动模式转变到正常操作模式，VramP 170不再增加，并且Vout 164相应地达到Vref* (R3+R4) /R4，其中在正常操作模式期间保持该电压。在另一实施例中，当Vrampl70达到Vsupplyl 114时，电压调节器100转变到正常操作模式，保持Vout 164锁定。
[0039]在正常操作模式期间，Vout 164由包括晶体管120、122、124、126、134、140、142、150、和152的反馈环，补偿电路106，以及电阻器R3 158和R4 160进行控制。在正常操作模式下，Vfb 176和Vref分别大于晶体管124和126的阈值电压，因此两晶体管都被接通，并且来自晶体管142的输出信号通过晶体管150和152被传递到Voutl64。正常操作反馈电路112包括电压分压器，其为Vfb 176提供分压或部分Vout 164，返回至误差放大器104的输入晶体管124。
[0040]控制逻辑168可以包括各种附加的电路以用于将Vramp爬升至Vsupplyl 114，并且在一些实施例中，可以为由实施在存储介质上或者存储器上的可执行指令驱动，所述可执行指令是由处理器或者控制器可执行的，以使得可变电压Vramp 170逐渐增加到Vsupplyl 114。在一个实施例中，控制逻辑168被编程为在具体的时间框中逐渐从OV到Vsupplyl 114增加提供至晶体管174的栅极的Vramp 170，在此期间电压调节器100操作在软启动模式。例如，控制逻辑168可以将Vramp 170在6毫秒内从O增加到6V。在该时间框之后，电压调节器从软启动模式转变到正常操作模式，在正常操作模式期间Vramp 170被保持在Vsupplyl 114。
[0041]图2图示了示出Vramp 170从第一时刻(tl)的OV线性地增加到第二时刻(t2)的Vsupplyl 114的示意图。Vramp 170的线性增加对于几种软启动操作是理想的，但是，并非所有实施例将以线性的方式增加Vramp 170。一些可以应用从OV到Vsupply 114以抛物线或者锯齿形增加Vramp 170。此外，图表示出了 Vramp 170在tl时等于0V。在一些实施例中，电压爬升可以开始于tl，当Vramp 170处于OV和晶体管174的阈值电压之间的时候。
[0042]在可替换的实施例中，Vrampl70可以以特定的“电压爬升速率”(意味着特定的电压升高速率)逐渐增加，直到VramP 170达到VsuPPlyl 114。因此，在该实施例中，不需要爬升时间框。实施例可以使用电压传感器来探测VramP 170何时达到VsuPPlyl 114，并且其后，控制逻辑168可以在电压调节器100从软启动模式转变到正常操作模式时将VramP170 保持在 V suPPlyl 114。
[0043]图3是根据一个实施例的跟踪调节器300的示意图。跟踪调节器300是镜像参考电压的电压调节器，示为VsuPPlyl 314，并且包括用于提供软启动功能的电路以从OV或低值逐渐增加跟踪调节器300的输出电压Vout 364到VsuPPlyl 314。VsuPPlyl 314可以是另一电压调节器的电压，例如，上文所论述的图1中的电压调节器100。
[0044]控制逻辑368可以包括用于将VramP 370爬升到VsuPPlyl 314的各种附加的电路，并且在一些实施例中，可以由在存储介质或者存储器上实施的可执行指令进行驱动，所述可执行指令是由处理器或者控制器可执行的以使得可变电压VramP 370逐渐增加到VsuPPlyl 314或者一些其他操作电压水平。
[0045]在图示的实施例中，跟踪调节器300包括具有相反输入晶体管对类型的两个运算放大器(运放)302和304。运放302在其输入处具有N型晶体管，其中在非反相输入处接收VsuPPlyl 314而在反相输入处接受Vout。VsuPPlyl 314被直接提供给运放302的非反相输入，而基于VsuPPlyl 314的VramP370被提供给运放304的非反相输入。VramP 370是由控制逻辑368从OV逐渐增加到VsuPPlyl 314的可变电压。运放304也在反相输入处接收软启动反馈信号Vfb_ss378。
[0046]不同类型的输入晶体管(N型和P型)，虽未不出，为运放302和304提供不同的功能输入范围。运放302的N型晶体管只有在VsuPPlyl 314和Vout 364两者都超过运放302的N型晶体管的阈值栅极至源极电压(Vgs)时才操作。相反，运放304使用处于来自VramP 370的低电压和由电压分压器310提供的反馈信号Vfb_ss 378的P型晶体管。
[0047]补偿网络306使用电阻器Re 330和电阻器Ce 332来补偿运放302的输出，并且类似地，补偿网络307使用电阻器Re 331和电容器Ce 333补偿运放304的输出。在各种实施例中，补偿网络306和307提供主导极点或滞后补偿，或者以其他方式稳定运放302和304的输出。
[0048]在操作中，跟踪调节器300运行在两种模式之一:(I)软启动模式和(2)正常操作模式。在软启动模式下，运放304控制跟踪调节器300的输出电压Vout 364，并且控制逻辑368将VramP 317从OV或者相对低的电压逐渐增加到VsuPPlyl 314。在这种低电压下(即电压低于运放302的N型晶体管的栅极至源极电压)，运放304的P型晶体管是操作的，晶体管335被接通，而晶体管334保持关断。VramP 370通过晶体管335、340、342、350、和352的电流镜提供给Vout 364，并且Vout 364被反馈给运放302的反相输入。
[0049]更仔细地看，当跟踪调节器在软启动模式期间首先被激活时，Vout 364等于0V，并且被提供给运放302的反相输入。但是运放302的非反相输入被连接到VsuPPlyl 314，并且两个输入之间的差别使得运放302不平衡，由此接通晶体管334。在软启动模式期间，Vout 364由P型晶体管运放304的负反馈环路控制，并且控制逻辑368将从OV逐渐到VsuPPlyl 314增加向运放304的非反相输入提供的VramP368。运放304经补偿的输出被提供至晶体管335。一旦满足其阈值栅极至源极电 压，晶体管335就接通。晶体管340和342镜像从晶体管335的漏极到驱动器电路316的电流，驱动器电路316接收第二电压源VsuPPly2并且产生等于晶体管335提供的输出的Vout 364。
[0050]一旦VramP 370达到VsuPPlyl 314，控制逻辑368就停止增加VramP370并且将VramP 370保持在VsuPPlyl 314。跟踪调节器300从操作的软启动模式转变到正常操作模式。在正常操作模式下，运放302和304都是操作的，因此晶体管334和335都被接通。因此，跟踪调节器300的Vout 364在软启动模式下从OV爬升到VsuPPlyl 314，然后在正常操作模式期间保持在VsuPPlyl 314。这提供了有效的方法来实现软启动功能，同时消除了启动时的涌入电流和过冲电压。
[0051]Vout 364被反馈到运放302的反相输入，并且被电压分压器310用于产生Vfb_ss378。电压分压器310以(R0+RD/R1的比率作为VramP 370的函数产生Vfb_ss 378，直到Vout 364达到VsuPPlyl 314的电压。之后，跟踪调节器300从软启动模式切换到正常操作模式，使得运放304的输入不平衡、晶体管335接通以及Vout 364跟踪VsuPPlyl 314。Vout 364处经历的电容被图示为Cload 366。
[0052]已经结合具体的实施例描述本实用新型，其中，具体的实施例在各方面旨在示例性的而非限制性的。可替换实施例对于本实用新型从属领域的普通技术人员在不偏离其范围的情况下将变得显而易见。
[0053]从上文中可以看出，本实用新型很好地适于达到上文叙述的所有的目的和目标，以及对于本系统和方法明显的和固有的其他优点。将要理解某些特征和子组合是实用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下实施。这是权利要求的范围所计划的并且包括在其中。
【主权项】
1.一种电压调节器，用于产生调节器输出信号，其特征在于，所述电压调节器包括: 软启动电路，包括至少一个P型晶体管，所述软启动电路被配置以接收可变斜坡电压信号和软启动反馈信号； 误差放大器，包括至少一个N型晶体管，用于接收正常操作反馈信号；以及 控制逻辑，配置以在操作的软启动模式期间改变所述可变斜坡电压信号以逐渐增加所述调节器输出信号并且在操作的正常操作模式期间保持所述调节器输出信号。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括晶体管，所述晶体管限制在所述操作的正常操作模式期间在所述调节器输出信号处的电流或者电压。3.根据权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑被配置为逐渐将所述可变斜坡电压信号从起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的阈值电压。4.根据权利要求3所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑被配置为在特定的时间框内逐渐将所述可变斜坡电压信号从所述起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的所述阈值电压。5.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述软启动反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述软启动反馈信号。6.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括正常操作反馈电路，所述正常操作反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述正常操作反馈信号。7.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述调节器输出信号被提供给配置为跟踪所述电压调节器的所述输出信号的跟踪电压调节器。8.根据权利要求7所述的电压调节器，其特征在于，所述跟踪电压调节器包括: 第一运算放大器，具有N型晶体管输入，其中一个输入接收所述调节器输出信号；和 第二运算放大器，具有P型晶体管输入，用于接收第二可变电压信号并被配置为产生在软启动操作期间使用的电压信号。9.根据权利要求8所述的电压调节器，其特征在于，所述跟踪电压调节器被配置为执行所述软启动操作，同时所述第二可变电压信号保持在所述第二运算放大器的所述P型晶体管输入的至少一个的阈值电压之内。10.根据权利要求9所述的电压调节器，其特征在于，所述跟踪电压调节器被配置为从软启动模式转换到正常操作模式，在所述正常操作模式中跟踪调节器跟踪所述调节器输出信号。11.一种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式之下，其特征在于，所述电压调节器包括: 放大器，包括一对N型晶体管，其中第一 N型晶体管被配置为接收基于所述输出电压信号的第一反馈信号； 软启动电路，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置以接收可变斜坡电压信号，而第二P型晶体管被配置为接收第二反馈信号；以及 控制逻辑，被配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号:(I)在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压，和(2)在所述正常操作模式期间保持所述操作电压。12.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑在所述软启动模式期间逐渐增加所述可变斜坡电压信号。13.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑在所述软启动模式期间在特定的时间框内逐渐增加所述可变斜坡电压信号。14.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括: 所述放大器的第二 P型晶体管，被配置为接收参考电压输入信号；以及 电压反馈电路，包括第一电阻器和第二电阻器，其中在所述正常操作模式期间一旦所述输出电压信号达到等于基于第一电阻器和第二电阻器的所述参考电压一部分的电压水平，所述控制逻辑保持操作电压。15.根据权利要求14所述的电压调节器，其特征在于，所述电压水平等于所述参考电压输入信号乘以所述第一电阻器和所述第二电阻器之和除以所述第二电阻器。16.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑包括: 控制器；以及 由所述控制器可执行的指令所实施的存储器，用于发送所述可变斜坡电压信号的变化，因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从所述起始电压逐渐增加到操作电压，并且在所述正常操作模式期间所述保持操作电压。17.—种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式，其特征在于，所述电压调节器包括: 第一运算放大器，包括一对N型晶体管并被配置为接收基于所述输出电压信号的反馈信号; 第二运算放大器，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置为接收可变斜坡电压信号，并且第二P型晶体管被配置为接收软启动反馈信号；以及 控制逻辑，配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压。18.根据权利要求17所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑被配置为通过线性增加所述可变斜坡电压信号来改变所述可变斜坡电压信号。19.根据权利要求17所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括耦合到所述第一运算放大器的所述输出的第三P型晶体管。20.根据权利要求19所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括耦合到所述第二运算放大器的所述输出并且也耦合到所述第三P型晶体管的第三N型晶体管。
【专利摘要】一种电压调节器，包括具有相反类型晶体管(P型和N型)的两个输入对，以提供软启动功能用于从零或者低于N型晶体管的阈值的电压逐渐增加电压调节器的输出电压到操作电压。电压调节器操作在软启动模式，其中可变电压信号逐渐爬升以允许输出电压达到操作电压，以及正常操作模式，其中操作电压得到保持。
【IPC分类】G05F1/56
【公开号】CN204695151
【申请号】CN201420872874
【发明人】崔正昊, 王飞, 蒋明
【申请人】意法半导体(中国)投资有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2014年12月29日
【技术领域】
[0001]本实用新型的实施例涉及电压调节器，并且更具体地，涉及具有软启动和电流限制电路的N沟道输入对电压调节器。
【背景技术】
[0002]电压调节器向负载提供稳定的、几乎恒定的(经调节的)电源电压，试图将经调节的电源电压保持在几乎恒定的值，而不管负载的电流需求。电压调节器被使用于复杂的电子系统以在电源电压被提供给其他电路组件之前调节电源电压。电路设计者必须评估的诸多问题之一是首次施加电源时电路设计如何表现。在启动时可能发生意外事件。电容器必须被充电，并且所有的集成电路(IC)从非活跃状态改变到活跃的状态。经常地，几个电压调节器对同一电路提供功率，并且每个电压调节器在启动时必须按照顺序。控制电压调节器的输出电压在启动时的转换速度降低对电路组件的应力，并且允许电路设计者将启动电压速率调整至电路所需要的水平。
[0003]负载的电子系统经常需要电压调节器以提供对电压源的软启动控制。在启动时的软启动电路控制电源电压，从而电源电压以受控的转换速度提升到操作电压。软启动电路可以控制电容器中涌入的电流、最小化负载浪涌、以及降低电压源对操作电压过冲的可能性。软启动电子线路可以采取很多形式。一种具体的实施方式使用包括N沟道晶体管的输入对的误差放大器。N型晶体管使实现软启动功能变得困难，因为N型晶体管不能太慢地摆动。N型输入放大器的输入范围不能接近接地轨，并且调节器使用N型晶体管的反馈环只有在输出电压超过某一阈值电压时才有效。
[0004]特定类型的电压调节器，被称为“跟踪调节器”，镜像或者“跟踪”另一电压源的输出电压。换句话说，跟踪调节器产生跟随初级电压调节器输出的电压的次级电压源。跟踪调节器对于产生具有与另一调节器相同的电源电压的第二电压源是有用的。在跟踪调节器启动期间需要软启动功能以限制涌入电流和过冲电压。但是当跟踪调节器的误差放大器使用N沟道晶体管时，实现跟踪调节器的软启动是困难的。此外，N沟道晶体管的输入不能摆动太慢，或者接近接地轨，以便跟踪调节器能够正常操作，因为具有N型晶体管的跟踪调节器的反馈环只有在调节器输出电压超过N沟道晶体管的栅极至源极电压的时候才有效。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本领域有需要引入一种新型的电压调节器，其能够实现软启动功能以限制涌入电流和过冲电压，同时允许使用N沟道晶体管的误差放大器，从而提高电压调节器的性能。
[0006]以简化的形式提供本【实用新型内容】以介绍选定的概念，在下文的具体实施例中会进一步描述。本实用新型部分不是旨在明确所请求保护的主题的关键特征或者本质特征。也不是旨在特别地将所有实施例限制为具体的特征。
[0007]根据本公开的一个方面，提供了一种电压调节器，其用于产生调节器输出信号。该电压调节器包括:软启动电路，包括至少一个P型晶体管，所述软启动电路被配置以接收可变斜坡电压信号和软启动反馈信号；误差放大器，包括至少一个N型晶体管，用于接收正常操作反馈信号；以及控制逻辑，配置以在操作的软启动模式期间改变所述可变斜坡电压信号以逐渐增加所述调节器输出信号并且在操作的正常操作模式期间保持所述调节器输出信号。
[0008]根据本公开的一个实施例，该电压调节器进一步包括晶体管，所述晶体管限制在所述操作的正常操作模式期间在所述调节器输出信号处的电流或者电压。可选地，所述控制逻辑被配置为逐渐将所述可变斜坡电压信号从起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的阈值电压。进一步可选地，所述控制逻辑被配置为在特定的时间框内逐渐将所述可变斜坡电压信号从所述起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的所述阈值电压。
[0009]根据本公开的一个实施例，所述软启动反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述软启动反馈信号。
[0010]根据本公开的一个实施例，该电压调节器进一步包括正常操作反馈电路，所述正常操作反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述正常操作反馈信号。
[0011]根据本公开的一个实施例，所述调节器输出信号被提供给配置为跟踪所述电压调节器的所述输出信号的跟踪电压调节器。可选地，所述跟踪电压调节器包括:第一运算放大器，具有N型晶体管输入，其中一个输入接收所述调节器输出信号；和第二运算放大器，具有P型晶体管输入，用于接收第二可变电压信号并被配置为产生在软启动操作期间使用的电压信号。可选地，所述跟踪电压调节器被配置为执行所述软启动操作，同时所述第二可变电压信号保持在所述第二运算放大器的所述P型晶体管输入的至少一个的所述阈值电压之内。进一步可选地，所述跟踪电压调节器被配置为从软启动模式转换到正常操作模式，在所述正常操作模式中所述跟踪调节器跟踪所述调节器输出信号。
[0012]根据本公开的另一方面，提供了一种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式之下。该电压调节器包括:放大器，包括一对N型晶体管，其中第一N型晶体管被配置为接收基于所述输出电压信号的第一反馈信号；软启动电路，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置以接收可变斜坡电压信号，而第二 P型晶体管被配置为接收第二反馈信号；以及控制逻辑，被配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号:(I)在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压，和(2)在所述正常操作模式期间保持所述操作电压。
[0013]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑在所述软启动模式期间逐渐增加所述可变斜坡电压信号。
[0014]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑在所述软启动模式期间在特定的时间框内逐渐增加所述可变斜坡电压信号。
[0015]根据本公开的一个实施例，该电压调节器包括:所述放大器的第二 P型晶体管，被配置为接收参考电压输入信号；以及电压反馈电路，包括第一电阻器和第二电阻器，其中在所述正常操作模式期间一旦所述输出电压信号达到等于基于第一电阻器和第二电阻器的所述参考电压一部分的电压水平，所述控制逻辑保持操作电压。可选地，所述电压水平等于所述参考电压输入信号乘以所述第一电阻器和所述第二电阻器之和除以所述第二电阻器。
[0016]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑包括:控制器；以及由所述控制器可执行的指令所实施的存储器，用于发送所述可变斜坡电压信号的变化，因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从所述起始电压逐渐增加到操作电压，并且在所述正常操作模式期间所述保持操作电压。
[0017]根据本公开的又一方面，提供了一种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式。该电压调节器包括:第一运算放大器，包括一对N型晶体管并被配置为接收基于所述输出电压信号的反馈信号；第二运算放大器，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置为接收可变斜坡电压信号，并且第二 P型晶体管被配置为接收软启动反馈信号；以及控制逻辑，配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压。
[0018]根据本公开的一个实施例，所述控制逻辑被配置为通过线性增加所述可变斜坡电压信号来改变所述可变斜坡电压信号。
[0019]根据本公开的一个实施例，该电压调节器包括耦合到所述第一运算放大器的所述输出的第三P型晶体管。可选地，该电压调节器进一步包括耦合到所述第二运算放大器的所述输出并且也耦合到所述第三P型晶体管的第三N型晶体管。
[0020]通过本公开的实施例，实现了软启动功能和具有N沟道晶体管的误差放大器的同时使用，这样使得电压调节器能够以良好的性能在软启动模式和正常操作模式操作。
【附图说明】
[0021] 下面参考附图详细地描述本实用新型，其中:
[0022]图1是根据一个实施例的具有软启动电路的电压调节器的示意图；
[0023]图2是根据一个实施例的图示了在具有软启动电路的电压调节器上施加斜坡电压的示意图；以及
[0024]图3是根据一个实施例的具有软启动电路的跟踪调节器的示意图。
【具体实施方式】
[0025]本文采用符合法律要求的具体说明来描述本实用新型的主题。但是说明书本身不是意图限制本专利的范围。事实上，所请求保护的主题可以也以其它的方式实施或者包括不同的步骤或者类似于在本文中所描述的步骤的组合，并与其他现在或将来的技术相结入口 ο
[0026]本文所使用的术语“耦合”、“连接”和“基本上”定义如下。术语“连接”用于描述两个电路元件之间的直接连接，例如借助于根据普通的集成电路制备技术形成的金属线。与此对照，术语“耦合”用于描述两个电路元件之间的直接连接或者间接连接。例如，两个耦合的元件可以借助于金属线直接连接，或者借助于中介电路元件(例如电容器、电阻器、电感器、或者晶体管)间接连接。术语“基本上”在本文中定义为在量化值百分之十以内的范围的值。
[0027]图1是根据一个实施例的具有一对N型输入晶体管124和126和用于执行软启动电压爬升的电路的电压调节器100。电压调节器100包括误差放大器104、补偿电路106、软启动电路108、软启动反馈电路110、和正常操作反馈电路112。这些电路电親合到电压源轨Vsupplyl 114和Vsupply2 116，它们代表不同的电压源并且接地到接地(GND)轨118。下文更详细地描述的可变斜坡电源电压(Vramp) 170，Vramp 170是由控制逻辑168从Vsupplyl114产生以便为电压调节器100提供软启动功能。
[0028]误差放大器104包括两个P型晶体管120和122以及两个输入N型晶体管124和126，并且误差放大器104接收Vsupplyl 113、参考电压(Vref) 128、和来自电流源(Itail) 190的电流。软启动电路108包括两个P型晶体管172和174。驱动器电路148包括两个N型晶体管150和152。软启动反馈电路110和正常操作反馈电路112包括电阻器RO 154、Rl 156、R3 158、和R4 160，如图1所示。补偿电路106包括补偿电阻器130和电容器132以稳定误差放大器的输出。
[0029]误差放大器104的输出连接到补偿电路106和晶体管134的栅极。晶体管136、138、140、142、144、146、150、和152用作电流镜以向误差放大器104、软启动电路108、和驱动器电路148灌入电流或者从误差放大器104、软启动电路108、和驱动器电路148拉取电流。驱动器电路148接收第二外部电压源(VsuPPly2) 116并且连接到两个反馈电路:软启动反馈电路110和正常操作反馈电路112。
[0030]输入N型晶体管124和126代表误差放大器104的N沟道晶体管输入对，在它们各自的栅极分别接收反馈信号(Vfb) 176和Vref 128。在一个实施例中，Vref 128是基于Vsupplyl 114(其镜像或者一部分)的电压。如前文所讨论的，使用N沟道输入晶体管对使得实现软启动功能变得困难，因为当它们得栅极处的电压太低时，N沟道晶体管124和126将不能正向偏置。
[0031]晶体管172在其栅极处接收反馈电压信号(Vfb_ss)178，而晶体管174的栅极从控制逻辑168接收Vramp 170。Ilimit 188被电耦合到晶体管172和174的源极，并且每个晶体管的漏极连到GND 118。
[0032]Vref 128被提供到误差放大器的晶体管126。只有当Vref 128和Vfb 176分别超过晶体管126和124的阈值栅极至源极(Vgs)电压的时候，N型晶体管124和126才接通。P型晶体管120和122以电流镜配置布置，将电流从晶体管120镜像到晶体管122。在操作中，电流Itail 190流向晶体管124和126，并且晶体管124的电流通过晶体管120镜像到晶体管122。晶体管134的栅极电压由晶体管126和122的电流差进行控制。
[0033]正常操作反馈电路112产生用于误差放大器104的Vfb 176，而软启动反馈电路110产生用于软启动电路108的反馈信号Vfb_ssl78。这些电路使用电阻器RO 154/R1 156将来自晶体管152的电压Vout 164分压以用于软启动反馈电路110，以及使用电阻器R3158/R4 160将其分压以用于正常操作电路112。额外的电阻器可以用于产生特定的电压分压。在可替换的实施例中，RO 154由Rl 156分压(比率I)并且R3 158由R4 160分压(比率2)的比率是一样的，并且反馈信号178和176组合成一个反馈信号。在该可替换的实施例中，RO 154和R3 158可以组合成一个电阻器，而Rl 156和R4 160可以组合成一个电阻器。
[0034]在操作中，电压调节器100以两种模式之一运行:(I)软启动模式，和(2)正常操作模式。在软启动模式中，电源电压Vsupplyl 114和Vsupply2 116最初是关断的，并且电压调节器100不产生输出电压Vout 164。当Vsupplyl 114和Vsupply2 116被接通时，电压调节器100进入软启动操作模式，在其过程中控制逻辑168开始逐渐增加提供至晶体管174的Vramp 170，从O增加到Vsupplyl 114。最初，所有来自电流源Ilimit 188的电流流向晶体管174，但是随着Vramp 170爬升，晶体管172开始汲取越来越多的电流。实际上，Vramp 170的增加逐渐增加了驱动器电路148中的电压和电流，或者更具体地，由晶体管152提供作为Vout 164的电压和电流。
[0035]在软启动模式下，Vout164 由包括晶体管 172、174、144、146、138、136、134、140、142、150、和152以及电阻器RO 154和Rl 156的反馈环进行控制。Vramp被提供至软启动电路108的P型晶体管174。控制逻辑168逐渐增加Vramp 170，从OV或小于晶体管174的阈值电压的电压，增加到Vsupplyl。在软启动模式下，Vout 164的电压是0V，或者电压调节器100的一些比正常操作电压更低的其他非操作电压，并且因为Vout 164是低的，Vfb176的电压因此比Vref 128更低，这使得大部分的电流从Itail 190流向晶体管126，而几乎没有电流流向晶体管124。晶体管124的电流传递给晶体管120，并且然后镜像到晶体管122。换句话说，晶体管126的电流比晶体管124的电流更大，并且该较大的电流通过晶体管120镜像到晶体管122。因此，在软启动模式期间，P型晶体管134的栅极电压被晶体管126的电流拉得更低，导致晶体管134被接通。
[0036]为了清楚起见，在这里Vramp 170被论述为“逐渐地”增加，这是指的是Vramp 170的电压在一些实施例中可以线性地增加、阶梯式地增加(即增加到中间电压，保持该电压一段时间，增加到第二中间电压等等)、或者以非线性或者抛物线的方式增加。
[0037]随着Vrampl70在软启动模式期间达到Vsupplyl 114，所有Ilimit 188将流经晶体管172并且传递通过晶体管146、144、138、和136的电流镜。在该情况下，Ilimit 188的所有电流将到达晶体管134，并且晶体管134将被限制到Ilimit 188。因此，调节器100的最大输出 电流被Ilimit 188和包括晶体管146、144、138、136、140、142、150、和152的电流镜的镜像比率所限制。这确保电压调节器绝不会超过某一电流阈值，并且因此保护防止电流浪涌和尖峰。此外，Vout 164 被由晶体管 174、172、146、144、138、136、140、142、150、152、RO 154、和Rl 156构成的低增益环所控制。低增益环由Cload 166补偿，并且不需要额外的补偿电路。
[0038]晶体管134是P型晶体管，当其在其栅极处接收来自误差放大器104的低电压时被接通。在软启动模式期间，晶体管134是完全接通的，这是由于来自误差放大器104的低电压或者零电压。晶体管146、144、138、136、140、142、150、和152将晶体管172的电流镜像到Vout 164。随着来自误差放大器104的电压增加，晶体管134开始降低源于软启动电路108的被提供至Vout 164的电流和电压的量。在一个实施例中，软启动反馈电压Vfb_ss 178 由比率(R0+R1)/R1 跟随 Vramp 170 的电压，直到 Vout 174 达到 Vref* (R3+R4)/R4。在一个实施例中，当Vramp 170大于电压Vref*(R3+R4)/R4/((R0+R1)/Rl)时，电压调节器100从软启动模式转变到正常操作模式，VramP 170不再增加，并且Vout 164相应地达到Vref* (R3+R4) /R4，其中在正常操作模式期间保持该电压。在另一实施例中，当Vrampl70达到Vsupplyl 114时，电压调节器100转变到正常操作模式，保持Vout 164锁定。
[0039]在正常操作模式期间，Vout 164由包括晶体管120、122、124、126、134、140、142、150、和152的反馈环，补偿电路106，以及电阻器R3 158和R4 160进行控制。在正常操作模式下，Vfb 176和Vref分别大于晶体管124和126的阈值电压，因此两晶体管都被接通，并且来自晶体管142的输出信号通过晶体管150和152被传递到Voutl64。正常操作反馈电路112包括电压分压器，其为Vfb 176提供分压或部分Vout 164，返回至误差放大器104的输入晶体管124。
[0040]控制逻辑168可以包括各种附加的电路以用于将Vramp爬升至Vsupplyl 114，并且在一些实施例中，可以为由实施在存储介质上或者存储器上的可执行指令驱动，所述可执行指令是由处理器或者控制器可执行的，以使得可变电压Vramp 170逐渐增加到Vsupplyl 114。在一个实施例中，控制逻辑168被编程为在具体的时间框中逐渐从OV到Vsupplyl 114增加提供至晶体管174的栅极的Vramp 170，在此期间电压调节器100操作在软启动模式。例如，控制逻辑168可以将Vramp 170在6毫秒内从O增加到6V。在该时间框之后，电压调节器从软启动模式转变到正常操作模式，在正常操作模式期间Vramp 170被保持在Vsupplyl 114。
[0041]图2图示了示出Vramp 170从第一时刻(tl)的OV线性地增加到第二时刻(t2)的Vsupplyl 114的示意图。Vramp 170的线性增加对于几种软启动操作是理想的，但是，并非所有实施例将以线性的方式增加Vramp 170。一些可以应用从OV到Vsupply 114以抛物线或者锯齿形增加Vramp 170。此外，图表示出了 Vramp 170在tl时等于0V。在一些实施例中，电压爬升可以开始于tl，当Vramp 170处于OV和晶体管174的阈值电压之间的时候。
[0042]在可替换的实施例中，Vrampl70可以以特定的“电压爬升速率”(意味着特定的电压升高速率)逐渐增加，直到VramP 170达到VsuPPlyl 114。因此，在该实施例中，不需要爬升时间框。实施例可以使用电压传感器来探测VramP 170何时达到VsuPPlyl 114，并且其后，控制逻辑168可以在电压调节器100从软启动模式转变到正常操作模式时将VramP170 保持在 V suPPlyl 114。
[0043]图3是根据一个实施例的跟踪调节器300的示意图。跟踪调节器300是镜像参考电压的电压调节器，示为VsuPPlyl 314，并且包括用于提供软启动功能的电路以从OV或低值逐渐增加跟踪调节器300的输出电压Vout 364到VsuPPlyl 314。VsuPPlyl 314可以是另一电压调节器的电压，例如，上文所论述的图1中的电压调节器100。
[0044]控制逻辑368可以包括用于将VramP 370爬升到VsuPPlyl 314的各种附加的电路，并且在一些实施例中，可以由在存储介质或者存储器上实施的可执行指令进行驱动，所述可执行指令是由处理器或者控制器可执行的以使得可变电压VramP 370逐渐增加到VsuPPlyl 314或者一些其他操作电压水平。
[0045]在图示的实施例中，跟踪调节器300包括具有相反输入晶体管对类型的两个运算放大器(运放)302和304。运放302在其输入处具有N型晶体管，其中在非反相输入处接收VsuPPlyl 314而在反相输入处接受Vout。VsuPPlyl 314被直接提供给运放302的非反相输入，而基于VsuPPlyl 314的VramP370被提供给运放304的非反相输入。VramP 370是由控制逻辑368从OV逐渐增加到VsuPPlyl 314的可变电压。运放304也在反相输入处接收软启动反馈信号Vfb_ss378。
[0046]不同类型的输入晶体管(N型和P型)，虽未不出，为运放302和304提供不同的功能输入范围。运放302的N型晶体管只有在VsuPPlyl 314和Vout 364两者都超过运放302的N型晶体管的阈值栅极至源极电压(Vgs)时才操作。相反，运放304使用处于来自VramP 370的低电压和由电压分压器310提供的反馈信号Vfb_ss 378的P型晶体管。
[0047]补偿网络306使用电阻器Re 330和电阻器Ce 332来补偿运放302的输出，并且类似地，补偿网络307使用电阻器Re 331和电容器Ce 333补偿运放304的输出。在各种实施例中，补偿网络306和307提供主导极点或滞后补偿，或者以其他方式稳定运放302和304的输出。
[0048]在操作中，跟踪调节器300运行在两种模式之一:(I)软启动模式和(2)正常操作模式。在软启动模式下，运放304控制跟踪调节器300的输出电压Vout 364，并且控制逻辑368将VramP 317从OV或者相对低的电压逐渐增加到VsuPPlyl 314。在这种低电压下(即电压低于运放302的N型晶体管的栅极至源极电压)，运放304的P型晶体管是操作的，晶体管335被接通，而晶体管334保持关断。VramP 370通过晶体管335、340、342、350、和352的电流镜提供给Vout 364，并且Vout 364被反馈给运放302的反相输入。
[0049]更仔细地看，当跟踪调节器在软启动模式期间首先被激活时，Vout 364等于0V，并且被提供给运放302的反相输入。但是运放302的非反相输入被连接到VsuPPlyl 314，并且两个输入之间的差别使得运放302不平衡，由此接通晶体管334。在软启动模式期间，Vout 364由P型晶体管运放304的负反馈环路控制，并且控制逻辑368将从OV逐渐到VsuPPlyl 314增加向运放304的非反相输入提供的VramP368。运放304经补偿的输出被提供至晶体管335。一旦满足其阈值栅极至源极电 压，晶体管335就接通。晶体管340和342镜像从晶体管335的漏极到驱动器电路316的电流，驱动器电路316接收第二电压源VsuPPly2并且产生等于晶体管335提供的输出的Vout 364。
[0050]一旦VramP 370达到VsuPPlyl 314，控制逻辑368就停止增加VramP370并且将VramP 370保持在VsuPPlyl 314。跟踪调节器300从操作的软启动模式转变到正常操作模式。在正常操作模式下，运放302和304都是操作的，因此晶体管334和335都被接通。因此，跟踪调节器300的Vout 364在软启动模式下从OV爬升到VsuPPlyl 314，然后在正常操作模式期间保持在VsuPPlyl 314。这提供了有效的方法来实现软启动功能，同时消除了启动时的涌入电流和过冲电压。
[0051]Vout 364被反馈到运放302的反相输入，并且被电压分压器310用于产生Vfb_ss378。电压分压器310以(R0+RD/R1的比率作为VramP 370的函数产生Vfb_ss 378，直到Vout 364达到VsuPPlyl 314的电压。之后，跟踪调节器300从软启动模式切换到正常操作模式，使得运放304的输入不平衡、晶体管335接通以及Vout 364跟踪VsuPPlyl 314。Vout 364处经历的电容被图示为Cload 366。
[0052]已经结合具体的实施例描述本实用新型，其中，具体的实施例在各方面旨在示例性的而非限制性的。可替换实施例对于本实用新型从属领域的普通技术人员在不偏离其范围的情况下将变得显而易见。
[0053]从上文中可以看出，本实用新型很好地适于达到上文叙述的所有的目的和目标，以及对于本系统和方法明显的和固有的其他优点。将要理解某些特征和子组合是实用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下实施。这是权利要求的范围所计划的并且包括在其中。
【主权项】
1.一种电压调节器，用于产生调节器输出信号，其特征在于，所述电压调节器包括: 软启动电路，包括至少一个P型晶体管，所述软启动电路被配置以接收可变斜坡电压信号和软启动反馈信号； 误差放大器，包括至少一个N型晶体管，用于接收正常操作反馈信号；以及 控制逻辑，配置以在操作的软启动模式期间改变所述可变斜坡电压信号以逐渐增加所述调节器输出信号并且在操作的正常操作模式期间保持所述调节器输出信号。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括晶体管，所述晶体管限制在所述操作的正常操作模式期间在所述调节器输出信号处的电流或者电压。3.根据权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑被配置为逐渐将所述可变斜坡电压信号从起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的阈值电压。4.根据权利要求3所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑被配置为在特定的时间框内逐渐将所述可变斜坡电压信号从所述起始电压增加到所述至少一个N型晶体管的所述阈值电压。5.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述软启动反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述软启动反馈信号。6.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括正常操作反馈电路，所述正常操作反馈电路被配置为从所述调节器输出信号产生所述正常操作反馈信号。7.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述调节器输出信号被提供给配置为跟踪所述电压调节器的所述输出信号的跟踪电压调节器。8.根据权利要求7所述的电压调节器，其特征在于，所述跟踪电压调节器包括: 第一运算放大器，具有N型晶体管输入，其中一个输入接收所述调节器输出信号；和 第二运算放大器，具有P型晶体管输入，用于接收第二可变电压信号并被配置为产生在软启动操作期间使用的电压信号。9.根据权利要求8所述的电压调节器，其特征在于，所述跟踪电压调节器被配置为执行所述软启动操作，同时所述第二可变电压信号保持在所述第二运算放大器的所述P型晶体管输入的至少一个的阈值电压之内。10.根据权利要求9所述的电压调节器，其特征在于，所述跟踪电压调节器被配置为从软启动模式转换到正常操作模式，在所述正常操作模式中跟踪调节器跟踪所述调节器输出信号。11.一种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式之下，其特征在于，所述电压调节器包括: 放大器，包括一对N型晶体管，其中第一 N型晶体管被配置为接收基于所述输出电压信号的第一反馈信号； 软启动电路，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置以接收可变斜坡电压信号，而第二P型晶体管被配置为接收第二反馈信号；以及 控制逻辑，被配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号:(I)在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压，和(2)在所述正常操作模式期间保持所述操作电压。12.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑在所述软启动模式期间逐渐增加所述可变斜坡电压信号。13.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑在所述软启动模式期间在特定的时间框内逐渐增加所述可变斜坡电压信号。14.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括: 所述放大器的第二 P型晶体管，被配置为接收参考电压输入信号；以及 电压反馈电路，包括第一电阻器和第二电阻器，其中在所述正常操作模式期间一旦所述输出电压信号达到等于基于第一电阻器和第二电阻器的所述参考电压一部分的电压水平，所述控制逻辑保持操作电压。15.根据权利要求14所述的电压调节器，其特征在于，所述电压水平等于所述参考电压输入信号乘以所述第一电阻器和所述第二电阻器之和除以所述第二电阻器。16.根据权利要求11所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑包括: 控制器；以及 由所述控制器可执行的指令所实施的存储器，用于发送所述可变斜坡电压信号的变化，因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从所述起始电压逐渐增加到操作电压，并且在所述正常操作模式期间所述保持操作电压。17.—种电压调节器，用于产生输出电压信号并被配置为操作在软启动模式和正常操作模式，其特征在于，所述电压调节器包括: 第一运算放大器，包括一对N型晶体管并被配置为接收基于所述输出电压信号的反馈信号; 第二运算放大器，包括一对P型晶体管，其中第一 P型晶体管被配置为接收可变斜坡电压信号，并且第二P型晶体管被配置为接收软启动反馈信号；以及 控制逻辑，配置为改变所述可变斜坡电压信号并且因此使得所述输出电压信号在所述软启动模式期间从起始电压逐渐增加到操作电压。18.根据权利要求17所述的电压调节器，其特征在于，所述控制逻辑被配置为通过线性增加所述可变斜坡电压信号来改变所述可变斜坡电压信号。19.根据权利要求17所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括耦合到所述第一运算放大器的所述输出的第三P型晶体管。20.根据权利要求19所述的电压调节器，其特征在于，进一步包括耦合到所述第二运算放大器的所述输出并且也耦合到所述第三P型晶体管的第三N型晶体管。
【专利摘要】一种电压调节器，包括具有相反类型晶体管(P型和N型)的两个输入对，以提供软启动功能用于从零或者低于N型晶体管的阈值的电压逐渐增加电压调节器的输出电压到操作电压。电压调节器操作在软启动模式，其中可变电压信号逐渐爬升以允许输出电压达到操作电压，以及正常操作模式，其中操作电压得到保持。
【IPC分类】G05F1/56
【公开号】CN204695151
【申请号】CN201420872874
【发明人】崔正昊, 王飞, 蒋明
【申请人】意法半导体(中国)投资有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2014年12月29日
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