專利名稱：高效率低壓差電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
高效率低壓差電壓調(diào)節(jié)器
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源管理領(lǐng)域，特別是涉及一種低壓差電壓調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
SOC(片上系統(tǒng))是目前數(shù)字芯片發(fā)展的主要方向，越來越多的數(shù)字系統(tǒng)中，把電源管理芯片(比如低壓差電壓調(diào)節(jié)器)同數(shù)字邏輯一起集成到一塊單芯片中，形成了一個(gè)比較完備的片上系統(tǒng)。圖1示出了一種現(xiàn)有的低壓差電壓調(diào)節(jié)器100的電路示意圖。所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器100包括基準(zhǔn)電壓電路110、誤差放大器120、功率管MP、分壓電路130、負(fù)載電阻RL和電容CL。所述基準(zhǔn)電壓電路110產(chǎn)生一個(gè)不隨溫度、工藝和電源電壓變化的基準(zhǔn)電壓VREF，分壓電路130包括串聯(lián)在輸出電壓VOUT和地之間的分壓電阻Rl和分壓電阻R2，其采樣輸出電壓VOUT得到反饋電壓VFB，所述誤差放大器120比較基準(zhǔn)電壓VREF和反饋電壓VFB，將兩者的差值放大后用于調(diào)整 功率管MP的柵極電壓，以確保在不同的電源電壓VBAT和負(fù)載電流條件下輸出電壓VOUT都保持與所述基準(zhǔn)電壓VREF成比例。當(dāng)今數(shù)字電路工藝已經(jīng)過渡到主流的0.18um、0.13um或是90nm工藝，器件溝道有效長度的減小，使得器件的漏電流已經(jīng)不能忽視。MOSFET(MetalOxide SemiconductorField Effect Transistor)的漏電流隨著其溝道長度的減小而增加，同時(shí)隨著溝道的寬度增加而增加。對于集成到數(shù)字系統(tǒng)中的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其功能必須滿足在各種負(fù)載電流條件下輸出電壓VOUT都在設(shè)定的范圍內(nèi)。負(fù)載電流的兩種極端情況包括:在系統(tǒng)正常工作時(shí)候可以抽取最大負(fù)載電流和系統(tǒng)待機(jī)時(shí)可以抽取最小負(fù)載電流。增大功率管MP的面積可以保證在負(fù)載正常工作時(shí)提供最大負(fù)載電流，但是系統(tǒng)待機(jī)或是低壓差電壓調(diào)節(jié)器空載時(shí)，由于功率管MP的柵面積帶來的漏電流會(huì)使輸出電壓VOUT升高，即使誤差放大器120調(diào)整使功率管MP的柵電壓已經(jīng)接近電源電壓VBAT，也不能使輸出電壓VOUT回到設(shè)定的電壓范圍內(nèi)，這樣整個(gè)反饋回路將處在開路狀態(tài)。傳統(tǒng)的解決辦法是減小分壓電路中的分壓電阻的值，保證在負(fù)載電流為空載情況下，功率管MP的漏電流可以被分壓電阻吸收，但是這也同時(shí)增大了系統(tǒng)的靜態(tài)電流，降低了電源的使用效率。因此，有必要提出一種改進(jìn)的技術(shù)方案來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高效率低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其可以在各種負(fù)載的情況下保持較高的使用效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種，其包括首選功率管、分壓電路和誤差放大電路，所述分壓電路采樣所述首選功率管的輸出端的輸出電壓得到反饋電壓，所述誤差放大器根據(jù)所述反饋電壓和一基準(zhǔn)電壓來控制所述首選功率管的柵極。所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器還包括控制電路和備用功率管，所述控制電路在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，使能所述備用功率管以使其也為負(fù)載提供電流，否則，非使能所述備用功率管以使其不能為負(fù)載提供電流。進(jìn)一步的，所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器還包括有開關(guān)控制管，所述開關(guān)控制管串聯(lián)于所述備用功率管和電源之間，所述控制電路在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，控制所述開關(guān)控制管導(dǎo)通，否則，控制所述開關(guān)控制管截止。更進(jìn)一步的，所述控制電路包括電流采樣模塊和電流比較模塊，所述電流采樣模塊檢測所述首選功率管的電流，所述電流比較模塊將所述首選功率管上的電流與設(shè)定電流閾值進(jìn)行比較，在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，輸出控制信號至所述開關(guān)控制管的控制端以控制所述開關(guān)控制管導(dǎo)通，否則，輸出控制信號至所述開關(guān)控制管的控制端以控制所述開關(guān)控制管截止。再進(jìn)一步的，所述電流采樣模塊為與所述首選功率管構(gòu)成鏡像電路的鏡像功率管，所述電流比較模塊的一個(gè)輸入端接所述鏡像晶體管的漏極，另一個(gè)輸入端接所述首選功率晶體管的漏極，該首選功率管的漏極為其輸出端，其輸出端接所述開關(guān)控制管的柵極。再進(jìn)一步的，所述首選功率管的源級接電源，所述備用功率管的源級通過所述開管控制管接所述電源，漏極接所述首選功率管的漏極，柵極接所述首選功率管的柵極。再進(jìn)一步的，所述電流比較模塊包括第I晶體管、第10晶體管、第11晶體管、第12晶體管、第13晶體管、第14晶體管、第16晶體管，第I晶體管和第16晶體管串聯(lián)在電源和地之間，第I晶體管的柵極接所述首選功率管的柵極，第11晶體管和第13晶體管串聯(lián)在所述首選功率管的漏極和地之間，第10晶體管和第12晶體管串聯(lián)在鏡像晶體管的漏極和地之間，第10晶體管和第11晶體管的柵極互聯(lián)，第12晶體管、第13晶體管和第14晶體管的柵極互聯(lián)，第14晶體管的源級接地，漏極接基準(zhǔn)電流，第10晶體管和第12晶體管之間的節(jié)點(diǎn)接第16晶體管M16的柵極。進(jìn)一步的，所 述分壓電路包括串聯(lián)于所述首選功率管的輸出端和地之間的第一分壓電阻和第二分壓電阻，第一分壓電阻和第二分壓電阻的中間節(jié)點(diǎn)的電壓為所述反饋電壓。進(jìn)一步的，所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器還包括串聯(lián)在首選功率管的輸出端和地之間的電容和負(fù)載電阻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明中根據(jù)負(fù)載的改變功率管的有效面積，從而改變功率管的有效寬度，從而滿足不同負(fù)載電流情況下的電流需求，提高了使用效率，也避免由于功率管的漏電流過大而導(dǎo)致效率過低的問題。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:圖1為現(xiàn)有技術(shù)中低壓差電壓調(diào)節(jié)器的電路圖；和圖2為本發(fā)明中的高效率低壓差電壓調(diào)節(jié)器在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖2為本發(fā)明中的高效率低壓差電壓調(diào)節(jié)器200在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖。如圖2所示，所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器200包括功率管M15 (也可以被稱為首選功率管)、分壓電路210、誤差放大電路220、串聯(lián)在功率管Ml5的輸出端VOUT和地VSS之間的電容CL和負(fù)載電阻RL。所述功率管M15的源級接電源VBAT，柵極接所述誤差放大電路220的輸出端，其漏極為所述功率管M15的輸出端V0UT。所述分壓電路210采樣所述功率管M15的輸出端的輸出電壓，并得到反映所述輸出電壓的反饋電壓VFB。所述誤差放大電路220比較基準(zhǔn)電壓VREF和反饋電壓VFB，將兩者的差值放大后用于調(diào)整功率管M15的柵極電壓，以確保在不同的電源電壓VBAT和負(fù)載電流條件下輸出電壓VOUT都與所述基準(zhǔn)電壓VREF保持設(shè)定比例。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的低壓差電壓調(diào)節(jié)器的問題，本發(fā)明中的低壓差電壓調(diào)節(jié)器200還包括有控制電路230、備用功率管M4和開關(guān)控制管M3。所述備用功率管M4的柵極接功率管M15的柵極，漏極接功率管M15的漏極，源級通過所述開關(guān)控制管M3接電源VBAT。所述控制電路230的輸入端接所述功率管M15的漏極，輸出端接所述控制開關(guān)管M3的柵極。所述控制電路230檢測所述功率管M15上的電流，在檢測到的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，則控制所述開關(guān)控制管M3導(dǎo)通，否則，則控制所述開關(guān)控制管M3截止。在所述開關(guān)控制管M3導(dǎo)通時(shí)，所述備用功率管M4與所述功率管M15并聯(lián)，共同為負(fù)載提供電流，此時(shí)相當(dāng)于增大了功率管的有效面積和有效溝道寬度。在所述開關(guān)控制管M3截止時(shí)，切斷所述備用功率管M4，由所述功率管M15獨(dú)立負(fù)載提供電流，相當(dāng)于減小了功率管的有效面積和有效溝道寬度。所述控制電路230包括電流采樣模塊231和電流比較模塊232。所述電流采樣模塊231檢測所述功率管M15的電流，所述電流比較模塊232將所述功率管上的電流與設(shè)定電流閾值進(jìn)行比較以輸出控制信號。所述電流采樣模塊為鏡像晶體管M2，該鏡像晶體管M2的柵極與功率管M15的柵極相連，源級與電源VBAT相連，該鏡像晶體管M2與所述功率管M15形成電流鏡。所述電流比較模塊的一個(gè)輸入端接所述鏡像晶體管M2的漏極Al，另一個(gè)輸入端接所述功率晶體管的漏極V0UT，該電流比較模塊在所述功率管上的電流等于設(shè)定電流閾值時(shí)翻轉(zhuǎn)，其輸出端A3與所述開關(guān)控制管M3的柵極(即控制端)。所述電流比較模塊232包括晶體管Ml、M10、Mil、M12、M13、M14、M16，所述晶體管Ml和M16串聯(lián)在電源VBAT和地VSS之間，所述晶體管Ml的柵極接所述功率管M15的柵極。所述晶體管Mll和M13串聯(lián)在輸出端VOUT和地VSS之間，所述晶體管MlO和M12串聯(lián)在節(jié)點(diǎn)Al和地VSS之間，晶體管MlO和Mll的柵極互聯(lián)，晶體管M12、M13和M13的柵極互聯(lián)，晶體管M14的源級接地VSS，漏極接基準(zhǔn)電流IB。晶體管M12、M13和M14構(gòu)成電流鏡。晶體管MlO和M12之間的節(jié)點(diǎn)A2接所述晶體管M16的柵極。在提出的電路中，晶體管Ml與M15和M2也構(gòu)成電流鏡，當(dāng)其流過的電流比例關(guān)系和其寬長比比例關(guān)系相同時(shí)，晶體管M1，M2，M15的漏端電壓相等。即當(dāng)IM15 = K ~k IM2，K為晶體管M15和M2的寬長比之比時(shí)，VAl = VOUT0所述電流比較模塊的平衡態(tài)為:IM2 = Im12 = IB, Im15 = K * Im2 = K * IB，其中IM2為晶體管M2上的電流，頂12為晶體管Ml2上的電流，頂15為晶體管Ml5上的電流，此時(shí)VAl=VOUTo在輕負(fù)載時(shí)，即lout = Im15 < K * IB時(shí)，VOUT > VA1，所述電流比較模塊的輸出端A3為高電平，此時(shí)開關(guān)控制管M3關(guān)斷，所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器200的有效功率管僅為功率管M15，在輕負(fù)載下減小功率管的有效面積，可以有效的減小功率管的漏電流，特別是運(yùn)用于數(shù)字電路的短溝道器件尤為有效。在重負(fù)載時(shí)，即lout = Im15 > K * IB時(shí)，VOUT < VA1，所述電流比較模塊的輸出端A3為低電平，此時(shí)開關(guān)控制管M3導(dǎo)通，所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器200的有效功率管為功率管M15加備用功率管M4，增大了功率管的面積，可以提供負(fù)載更大的電流。根據(jù)負(fù)載的改變功率管的有效面積和有效寬度，從而滿足不同負(fù)載電流情況下的電流需求，提高了使用效率，也避免由于功率管的漏電流過大而導(dǎo)致效率過低的問題。通過設(shè)置合理的參考電流IB，可以精確的設(shè)定電路的輕重負(fù)載的切換值。這種技術(shù)受到工藝參數(shù)和溫度的影響同樣比較小。本文中的“連接”、“相接”、“接至”等涉及到電性連接的詞均可以表示直接或間接電性連接。上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求
1.一種低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其包括首選功率管、分壓電路和誤差放大電路，所述分壓電路采樣所述首選功率管的輸出端的輸出電壓得到反饋電壓，所述誤差放大器根據(jù)所述反饋電壓和一基準(zhǔn)電壓來控制所述首選功率管的柵極， 其特征在于，所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器還包括控制電路和備用功率管，所述控制電路在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，使能所述備用功率管以使其也為負(fù)載提供電流，否則，非使能所述備用功率管以使其不能為負(fù)載提供電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，其還包括有開關(guān)控制管，所述開關(guān)控制管串聯(lián)于所述備用功率管和電源之間，所述控制電路在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，控制所述開關(guān)控制管導(dǎo)通，否則，控制所述開關(guān)控制管截止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述控制電路包括電流采樣模塊和電流比較模塊，所述電流采樣模塊檢測所述首選功率管的電流，所述電流比較模塊將所述首選功率管上的電流與設(shè)定電流閾值進(jìn)行比較，在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，輸出控制信號至所述開關(guān)控制管的控制端以控制所述開關(guān)控制管導(dǎo)通，否則，輸出控制信號至所述開關(guān)控制管的控制端以控制所述開關(guān)控制管截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述電流采樣模塊為與所述首選功率管構(gòu)成鏡像電路的鏡像功率管，所述電流比較模塊的一個(gè)輸入端接所述鏡像晶體管的漏極，另一個(gè)輸入端接所述首選功率晶體管的漏極，該首選功率管的漏極為其輸出端，其輸出端接所述開關(guān)控制管的柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述首選功率管的源級接電源，所述備用功率管的源級通過所述開管控制管接所述電源，漏極接所述首選功率管的漏極，柵極接所述首選功率管的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述電流比較模塊包括第I晶體管、第10晶體管、第11晶體管、第12晶體管、第13晶體管、第14晶體管、第16晶體管，第I晶體管和第16晶體管串聯(lián)在電源和地之間，第I晶體管的柵極接所述首選功率管的柵極，第11晶體管和第13晶體管串聯(lián)在所述首選功率管的漏極和地之間，第10晶體管和第12晶體管串聯(lián)在鏡像晶體管的漏極和地之間，第10晶體管和第11晶體管的柵極互聯(lián)，第12晶體管、第13晶體管和第14晶體管的柵極互聯(lián)，第14晶體管的源級接地，漏極接基準(zhǔn)電流，第10晶體管和第12晶體管之間的節(jié)點(diǎn)接第16晶體管M16的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述分壓電路包括串聯(lián)于所述首選功率管的輸出端和地之間的第一分壓電阻和第二分壓電阻，第一分壓電阻和第二分壓電阻的中間節(jié)點(diǎn)的電壓為所述反饋電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，其還包括串聯(lián)在首選功率管的輸出端和地之間的電容和負(fù)載電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率的低壓差電壓調(diào)節(jié)器，其包括首選功率管、分壓電路和誤差放大電路，所述分壓電路采樣所述首選功率管的輸出端的輸出電壓得到反饋電壓，所述誤差放大器根據(jù)所述反饋電壓和一基準(zhǔn)電壓來控制所述首選功率管的柵極。所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器還包括控制電路和備用功率管，所述控制電路在首選功率管上的電流大于設(shè)定電流閾值時(shí)，使能所述備用功率管以使其也為負(fù)載提供電流，否則，非使能所述備用功率管以使其不能為負(fù)載提供電流。根據(jù)負(fù)載的改變功率管的有效面積和有效寬度，從而滿足不同負(fù)載電流情況下的電流需求，提高了使用效率，也避免由于功率管的漏電流過大而導(dǎo)致效率過低的問題。
文檔編號G05F1/56GK103163925SQ201110424420
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者桂文明 申請人:無錫中星微電子有限公司