[实用新型]电压调节器电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电压调节器电路。

背景技术

电压调节器、诸如低压差(LDO)电压调节器是电子系统中广泛使用的器件。这样的电路通常用在电压供应链中以向被供应的系统提供精确并且时间稳定的电源电压。对于调节器电路的电气特性存在严格要求。电压调节器的主要任务是保持将输出电压(VOUT)调节在标称电压电平。这必须在稳态和瞬态状态下都被确保。如果电压VOUT失去调节，则可能导致被供应系统的故障或者甚至破坏。如果LDO调节器的输入电压VIN在很宽的范围上以很高的转换速率变化，则输出电压VOUT可以示出不同的瞬态响应结果——例如，过冲、欠冲。这样的瞬态响应结果的幅度取决于调节器动态特性。这一行为通常称为线性瞬态响应。其有益于改善操作特性，因为其将增加保持输出电压VOUT恒定的整个调节器能力。

LDO电压调节器通常被构建作为反馈调节系统。电路感测输出电压VOUT与参考电压(VREF)之间的误差，并且在误差的充分增加之后，电路使用放大信号来驱动功率传输(晶体管)元件。从原理上讲，VOUT与VREF之间通常存在一些误差，但是由于高的增益，对输出电压VOUT的影响可忽略。通常，输出电压VOUT电平的精度更多地受到误差放大器的偏移以及电压参考的精度的影响。在稳态下，当电源电压(VIN)电平和负载电流(ILOAD)固定时，调节器能够提供稳定的输出电压VOUT电平。这种情况在VIN和/或ILOAD变化时、尤其是在变化非常快(例如由于瞬态状态)时非常麻烦。LDO调节器作为真实的电子电路具有由被存储在系统内部的电荷以及电荷载流子的迁移率给出的特征响应时间。出于这一原因，系统不能够在极其短的时间内做出响应。这被表示为LDO的线性/负载瞬态响应，其在VOUT波形上可以作为在标称VOUT电平周围的欠冲/过冲而被看出。瞬态响应的幅度取决于VIN的幅度、ILOAD激励和转换速率。小且慢的变化可以生成相对较小的VOUT瞬态；具有高幅度的快速变化可以生成相对较大的VOUT瞬态(其可能超过安全极限)。

已知LDO调节器根据VIN电平在两种状态下操作。如果VIN电平足够超过标称VOUT电压，则LDO调节器操作以将VOUT调节在恒定电平。然而，如果VIN电平下降到接近或者甚至低于标称VOUT电压，则LDO调节器不能够提供恒定的VOUT电平并且输出电压下降。第一种状态在本领域中称为“闭环”，第二种状态称为“开环”。在开环状态下，LDO调节器本身没有作为电压调节器操作，但是如同具有引起某个最小压差电压VDROP＝VIN-VOUT＝ILOAD*RDSON(其中RDSON是驱动晶体管的导通电阻)的某个特征电阻的开关一样操作。闭环状态与开环状态之间的过渡用LDO电路系统内部的操作点的明显变化来表示。如果模式之间的变化是由于例如极端的并且非常快速的VIN变化，则电路将在短的时间周期上适应这一变化，并且这一影响的结果是输出电压的极端的瞬态响应过冲和/或欠冲。

压差状态本身对于LDO调节器并不是问题，但是从压差(开环)到闭环状态的过渡是问题。过渡通常由VIN电平的上升过渡来迫使。调节器必须以快速的方式反应以恢复VOUT调节。由于电路内部存储有大量电荷，所以不能够在无限短的时间内恢复调节。其结果可以是调节器输出的严重过冲。现有技术中需要明显地改善这一响应。