穩(wěn)壓電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種穩(wěn)壓電路，且特別涉及一種包含多個穩(wěn)壓器(voltageregulator)的穩(wěn)壓電路。
【背景技術】
[0002]穩(wěn)壓電路在集成電路中很常見。穩(wěn)壓電路的特色是能提供穩(wěn)定的輸出電壓，即使被抽取大電流，也能維持輸出電壓的穩(wěn)定。
[0003]不過穩(wěn)壓電路能供應的電流有其極限，若輸出的電流過大，其輸出電壓難免會下降。在輸出的電流過大時，穩(wěn)壓電路也會有過熱的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供一種穩(wěn)壓電路，可解決傳統(tǒng)穩(wěn)壓電路的電流問題與過熱問題。
[0005]本發(fā)明的穩(wěn)壓電路包括主要穩(wěn)壓器和至少一個輔助穩(wěn)壓器。主要穩(wěn)壓器提供一輸出電壓，并根據輸出電壓與參考電壓調節(jié)輸出電壓。輔助穩(wěn)壓器耦接主要穩(wěn)壓器，提供輸出電壓，并根據輸出電壓與參考電壓調節(jié)輸出電壓。主要穩(wěn)壓器和每一個輔助穩(wěn)壓器都提供相同大小的一個分支電流。穩(wěn)壓電路的輸出電流包括主要穩(wěn)壓器和輔助穩(wěn)壓器提供的分支電流。
[0006]基于上述，本發(fā)明的穩(wěn)壓電路利用一個主要穩(wěn)壓器和至少一個輔助穩(wěn)壓器分擔輸出電流，所以能推動高輸出電流的應用，也能分散電流以降低熱產生。
[0007]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0008]圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種穩(wěn)壓電路的示意圖。
[0009]圖2是依照本發(fā)明的另一實施例的一種穩(wěn)壓電路的示意圖。
[0010]【符號說明】
[0011]100、200:穩(wěn)壓電路
[0012]111:主要穩(wěn)壓器
[0013]112:輔助穩(wěn)壓器
[0014]120:分壓器
[0015]131、132、13k:運算放大器
[0016]142、14k:反饋單元
[0017]152、15k:跨導運算放大器
[0018]lb、Ib_2、Ib_k、It、Id、lout、Is_2、Is_k:電流
[0019]MP、MP_2、MP_k:晶體管
[0020]Rl、R2、Rs_2、Rs_k:電阻
[0021]VCC, Vfb、Vfb_2、Vfb_k、Vg、Vg_2、Vg_k、Vout、VREF:電壓
【具體實施方式】
[0022]圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種穩(wěn)壓電路100的示意圖。穩(wěn)壓電路100可提供穩(wěn)定的輸出電壓Vout。穩(wěn)壓電路100包括主要穩(wěn)壓器111和輔助穩(wěn)壓器112。輔助穩(wěn)壓器112稱接主要穩(wěn)壓器111。主要穩(wěn)壓器111包括運算放大器(operat1nal amplifier) 131、晶體管MP以及分壓器(voltage divider) 120。
[0023]分壓器120由電阻Rl和R2組成。分壓器120可根據輸出電壓Vout提供反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb為輸出電壓Vout的分壓。運算放大器131的正輸入端(non-1nvertinginput)自分壓器120接收反饋電壓Vfb。運算放大器131的負輸入端(inverting input)接收參考電壓VREF。運算放大器131的輸出端耦接晶體管MP的柵極(gate)。
[0024]晶體管MP是P通道金屬氧化物半導體場效應晶體管(p-channelmetal-oxi de-semi conductor field-effect transistor) 0 晶體管 MP I禹接于電源電壓 VCC與分壓器120之間。晶體管MP是主要穩(wěn)壓器111的輸出級(output stage)，可提供主要穩(wěn)壓器111的分支電流lb。運算放大器131將反饋電壓Vfb與參考電壓VREF之間的誤差放大為電壓Vg，以通過晶體管MP的柵極調節(jié)分支電流lb。分支電流Ib可影響輸出電壓Vout0如果輸出電壓Vout降低,貝U電壓Vg隨之降低。分支電流Ib隨之增大,可拉高輸出電壓Vout。反之，如果輸出電壓Vout升高，則電壓Vg隨之升高。分支電流Ib隨之減少，可降低輸出電壓Vout。通過上述的反饋機制，主要穩(wěn)壓器111就能根據輸出電壓Vout與參考電壓VREF調節(jié)輸出電壓Vout。
[0025]輔助穩(wěn)壓器112包括運算放大器132、晶體管MP_2以及反饋單元142。反饋單元142包括電阻Rs_2和跨導(transconductance)運算放大器152。跨導運算放大器152以虛擬短路(virtual short circuit)稱接晶體管MP的柵極和晶體管MP_2的柵極。電阻Rs_2的一端耦接來自分壓器120的反饋電壓Vfb。電阻Rs_2的另一端耦接跨導運算放大器152的輸出端和運算放大器132的負輸入端。電阻Rs_2可調節(jié)反饋電壓Vfb，并將調節(jié)過后的反饋電壓Vfb_2提供至運算放大器132的負輸入端。
[0026]運算放大器132的負輸入端接收電壓Vfb_2。運算放大器132的正輸入端接收參考電壓VREF。運算放大器132的輸出端耦接晶體管MP_2的柵極。晶體管MP_2也是P通道金屬氧化物半導體場效晶體管。晶體管MP_2耦接于電源電壓VCC與分壓器120之間。晶體管MP_2是輔助穩(wěn)壓器112的輸出級，可提供輔助穩(wěn)壓器112的分支電流Ib_2。分壓器120、運算放大器132和晶體管MP_2具有和主要穩(wěn)壓器111相似的反饋機制。因此運算放大器132可根據反饋電壓Vfb與參考電壓VREF調節(jié)分支電流Ib_2，分支電流Ib_2能影響輸出電壓Vout，輔助穩(wěn)壓器112也能根據輸出電壓Vout與參考電壓VREF調節(jié)輸出電壓Vout0
[0027]主要穩(wěn)壓器111的分支電流Ib和輔助穩(wěn)壓器112的分支電流Ib_2匯流成為輸出電流It。電流It的一小部分通過分壓器120而在晶體管MP、MP_2和分壓器120的接點產生輸出電壓Vout。所以輸出電壓Vout是由主要穩(wěn)壓器111和輔助穩(wěn)壓器112共同提供。電流It的大部分成為最終的輸出電流lout。
[0028]輔助穩(wěn)壓器112和主要穩(wěn)壓器111的主要區(qū)別是多出反饋單元142。其中，跨導運算放大器152接受晶體管MP的柵極電壓Vg和晶體管MP_2的柵極電壓Vg_2。跨導運算放大器152放大電壓Vg和Vg_2的差值，產生電流Is_2。雖然圖1繪示的電流Is_2的方向是流出跨導運算放大器152，電流Is_2的方向也可能是流入跨導運算放大器152。電流Is_2可用以下公式表示:Is_2 = Gm_2*(Vg-Vg_2)，其中Gm_2為跨導運算放大器152的增益(gain)。電流Is_2通過電阻Rs_2而產生電壓Vfb_2，所以Vfb_2 = Vfb+Is_2*Rs_2。
[0029]如果電流Is_2的方向是流出跨導運算放大器152，則Vfb_2>Vfb，這表示Vg>Vg_2。跨導運算放大器152的虛擬短路會將晶體管MP_2的柵極電壓Vg_2往上拉以逼近晶體管MP的柵極電壓Vg。
[0030]反之，如果電流Is_2的方向是流入跨導運算放大器152，則Vfb_2〈Vfb，這表示Vg〈Vg_2。跨導運算放大器152的虛擬短路會將晶體管MP_2的柵極電壓Vg_2往下降以逼近晶體管MP的柵極電壓Vg。
[0031]如上所述，反饋單元142能箝制晶體管MP和MP_2的柵極電壓，使晶體管MP_2的柵極電壓Vg_2等于晶體管MP的柵極電壓Vg。晶體管MP和MP_2的源極(source)電壓都是VCC。晶體管MP和MP_2的漏極(drain)互相耦接，所以晶體管MP和MP_2的漏極電壓也相等。如果用相同的工藝與參數(shù)來制造晶體管MP和MP_2，就可以讓輔助穩(wěn)壓器112的分支電流Ib_2等于主要穩(wěn)壓器111的分支電流lb。另外，反饋單元142的反饋回圈能補償運算放大器131和132之間的特性差異，使輔助穩(wěn)壓器112的分支電流Ib_2等于主要穩(wěn)壓器111的分支電流Ib。
[0032]圖2是依照本發(fā)明的另一實施例的一種穩(wěn)壓電路200的示意圖。在穩(wěn)壓電路200之中，有多個相同結構的輔助穩(wěn)壓器112?Ilk并聯(lián)，k可以是大于二的任意整數(shù)。每一個輔助穩(wěn)壓器112?Ilk有五個共同的耦接點，分別是分壓器120的電阻Rl和R2之間的接點(對應反饋電壓Vfb)、晶體管MP的柵極(對應電壓Vg)、參考電壓VREF、電源電壓VCC、以及晶體管MP和分壓器120之間的接點(對應輸出電壓Vout)。主要穩(wěn)壓器111提供的分支電流Ib和每一個輔助穩(wěn)壓器112?Ilk提供的分支電流Ib_2?Ib_k都有相同大小。分支電流Ib和Ib_2?Ib_k匯流成為輸出電流It。電流It的一小部分通過分壓器120而產生輸出電壓Vout。電流It的大部分成為最終的輸出電流lout。
[0033]綜上所述，本發(fā)明的穩(wěn)壓電路包括多個穩(wěn)壓器，每個穩(wěn)壓器可提供相同的電流。因此可藉由多個穩(wěn)壓器共同來推動高輸出電流的應用。或者，也可將多個穩(wěn)壓器分散配置在集成電路的不同區(qū)域來分散電流，以降低熱產生，避免過熱。
[0034]雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍當視所附權利要求書界定范圍為準。
【主權項】
1.一種穩(wěn)壓電路,包括: 主要穩(wěn)壓器，提供輸出電壓，并根據該輸出電壓與參考電壓調節(jié)該輸出電壓；以及 至少一輔助穩(wěn)壓器，耦接該主要穩(wěn)壓器，提供該輸出電壓，并根據該輸出電壓與該參考電壓調節(jié)該輸出電壓，其中該主要穩(wěn)壓器和每一上述輔助穩(wěn)壓器提供相同大小的分支電流，該穩(wěn)壓電路的輸出電流包括該主要穩(wěn)壓器和該至少一輔助穩(wěn)壓器提供的該分支電流。2.如權利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中該主要穩(wěn)壓器包括: 分壓器，根據該輸出電壓提供反饋電壓，其中該反饋電壓為該輸出電壓的分壓； 第一晶體管，耦接于電源電壓與該分壓器之間，提供該主要穩(wěn)壓器的該分支電流，其中該第一晶體管和該分壓器的接點提供該輸出電壓；以及 第一運算放大器，耦接該分壓器與該第一晶體管，根據該反饋電壓與該參考電壓調節(jié)該主要穩(wěn)壓器的該分支電流。3.如權利要求2所述的穩(wěn)壓電路，其中該第一運算放大器的正輸入端接收該反饋電壓，該第一運算放大器的負輸入端接收該參考電壓，該第一運算放大器的輸出端耦接該第一晶體管的柵極。4.如權利要求2所述的穩(wěn)壓電路，其中每一上述輔助穩(wěn)壓器包括: 第二晶體管，耦接于該電源電壓與該分壓器之間，提供對應的該輔助穩(wěn)壓器的該分支電流； 第二運算放大器，耦接該第二晶體管，根據該反饋電壓與該參考電壓調節(jié)對應的該輔助穩(wěn)壓器的該分支電流；以及 反饋單元，以虛擬短路耦接該第一晶體管的柵極和該第二晶體管的柵極，并耦接該分壓器與該第二運算放大器，調節(jié)該反饋電壓并將調節(jié)過后的該反饋電壓提供至該第二運算放大器。5.如權利要求4所述的穩(wěn)壓電路，其中該第二運算放大器的負輸入端接收調節(jié)過后的該反饋電壓，該第二運算放大器的正輸入端接收該參考電壓，該第二運算放大器的輸出端耦接該第二晶體管的柵極。6.如權利要求4所述的穩(wěn)壓電路，其中該反饋單元包括: 跨導運算放大器，以虛擬短路耦接該第一晶體管的柵極和該第二晶體管的柵極；以及 電阻，其中該電阻的一端耦接該反饋電壓，該電阻的另一端耦接該跨導運算放大器的輸出端和該第二運算放大器的負輸入端。
【專利摘要】一種穩(wěn)壓電路，包括主要穩(wěn)壓器和至少一個輔助穩(wěn)壓器。主要穩(wěn)壓器提供一輸出電壓，并根據輸出電壓與參考電壓調節(jié)輸出電壓。輔助穩(wěn)壓器耦接主要穩(wěn)壓器，提供輸出電壓，并根據輸出電壓與參考電壓調節(jié)輸出電壓。主要穩(wěn)壓器和每一個輔助穩(wěn)壓器都提供相同大小的一個分支電流。穩(wěn)壓電路的輸出電流包括主要穩(wěn)壓器和輔助穩(wěn)壓器提供的分支電流。
【IPC分類】G05F1/56
【公開號】CN105589500
【申請?zhí)枴緾N201410561928
【發(fā)明人】陳企揚, 黃三岳
【申請人】智原科技股份有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年10月21日
【公告號】US9342087, US20160077535