CN105589500A - 稳压电路 - Google Patents

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Abstract

一种稳压电路，包括主要稳压器和至少一个辅助稳压器。主要稳压器提供一输出电压，并根据输出电压与参考电压调节输出电压。辅助稳压器耦接主要稳压器，提供输出电压，并根据输出电压与参考电压调节输出电压。主要稳压器和每一个辅助稳压器都提供相同大小的一个分支电流。稳压电路的输出电流包括主要稳压器和辅助稳压器提供的分支电流。

Description

稳压电路
技术领域
本发明涉及一种稳压电路，且特别涉及一种包含多个稳压器(voltageregulator)的稳压电路。
背景技术
稳压电路在集成电路中很常见。稳压电路的特色是能提供稳定的输出电压，即使被抽取大电流，也能维持输出电压的稳定。
不过稳压电路能供应的电流有其极限，若输出的电流过大，其输出电压难免会下降。在输出的电流过大时，稳压电路也会有过热的问题。
发明内容
本发明提供一种稳压电路，可解决传统稳压电路的电流问题与过热问题。
本发明的稳压电路包括主要稳压器和至少一个辅助稳压器。主要稳压器提供一输出电压，并根据输出电压与参考电压调节输出电压。辅助稳压器耦接主要稳压器，提供输出电压，并根据输出电压与参考电压调节输出电压。主要稳压器和每一个辅助稳压器都提供相同大小的一个分支电流。稳压电路的输出电流包括主要稳压器和辅助稳压器提供的分支电流。
基于上述，本发明的稳压电路利用一个主要稳压器和至少一个辅助稳压器分担输出电流，所以能推动高输出电流的应用，也能分散电流以降低热产生。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种稳压电路的示意图。
图2是依照本发明的另一实施例的一种稳压电路的示意图。
【符号说明】
100、200：稳压电路
111：主要稳压器
112：辅助稳压器
120：分压器
131、132、13k：运算放大器
142、14k：反馈单元
152、15k：跨导运算放大器
Ib、Ib_2、Ib_k、It、Id、Iout、Is_2、Is_k：电流
MP、MP_2、MP_k：晶体管
R1、R2、Rs_2、Rs_k：电阻
VCC、Vfb、Vfb_2、Vfb_k、Vg、Vg_2、Vg_k、Vout、VREF：电压
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种稳压电路100的示意图。稳压电路100可提供稳定的输出电压Vout。稳压电路100包括主要稳压器111和辅助稳压器112。辅助稳压器112耦接主要稳压器111。主要稳压器111包括运算放大器(operationalamplifier)131、晶体管MP以及分压器(voltagedivider)120。
分压器120由电阻R1和R2组成。分压器120可根据输出电压Vout提供反馈电压Vfb。反馈电压Vfb为输出电压Vout的分压。运算放大器131的正输入端(non-invertinginput)自分压器120接收反馈电压Vfb。运算放大器131的负输入端(invertinginput)接收参考电压VREF。运算放大器131的输出端耦接晶体管MP的栅极(gate)。
晶体管MP是P通道金属氧化物半导体场效应晶体管(p-channelmetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)。晶体管MP耦接于电源电压VCC与分压器120之间。晶体管MP是主要稳压器111的输出级(outputstage)，可提供主要稳压器111的分支电流Ib。运算放大器131将反馈电压Vfb与参考电压VREF之间的误差放大为电压Vg，以通过晶体管MP的栅极调节分支电流Ib。分支电流Ib可影响输出电压Vout。如果输出电压Vout降低，则电压Vg随之降低。分支电流Ib随之增大，可拉高输出电压Vout。反之，如果输出电压Vout升高，则电压Vg随之升高。分支电流Ib随之减少，可降低输出电压Vout。通过上述的反馈机制，主要稳压器111就能根据输出电压Vout与参考电压VREF调节输出电压Vout。
辅助稳压器112包括运算放大器132、晶体管MP_2以及反馈单元142。反馈单元142包括电阻Rs_2和跨导(transconductance)运算放大器152。跨导运算放大器152以虚拟短路(virtualshortcircuit)耦接晶体管MP的栅极和晶体管MP_2的栅极。电阻Rs_2的一端耦接来自分压器120的反馈电压Vfb。电阻Rs_2的另一端耦接跨导运算放大器152的输出端和运算放大器132的负输入端。电阻Rs_2可调节反馈电压Vfb，并将调节过后的反馈电压Vfb_2提供至运算放大器132的负输入端。
运算放大器132的负输入端接收电压Vfb_2。运算放大器132的正输入端接收参考电压VREF。运算放大器132的输出端耦接晶体管MP_2的栅极。晶体管MP_2也是P通道金属氧化物半导体场效晶体管。晶体管MP_2耦接于电源电压VCC与分压器120之间。晶体管MP_2是辅助稳压器112的输出级，可提供辅助稳压器112的分支电流Ib_2。分压器120、运算放大器132和晶体管MP_2具有和主要稳压器111相似的反馈机制。因此运算放大器132可根据反馈电压Vfb与参考电压VREF调节分支电流Ib_2，分支电流Ib_2能影响输出电压Vout，辅助稳压器112也能根据输出电压Vout与参考电压VREF调节输出电压Vout。
主要稳压器111的分支电流Ib和辅助稳压器112的分支电流Ib_2汇流成为输出电流It。电流It的一小部分通过分压器120而在晶体管MP、MP_2和分压器120的接点产生输出电压Vout。所以输出电压Vout是由主要稳压器111和辅助稳压器112共同提供。电流It的大部分成为最终的输出电流Iout。
辅助稳压器112和主要稳压器111的主要区别是多出反馈单元142。其中，跨导运算放大器152接受晶体管MP的栅极电压Vg和晶体管MP_2的栅极电压Vg_2。跨导运算放大器152放大电压Vg和Vg_2的差值，产生电流Is_2。虽然图1绘示的电流Is_2的方向是流出跨导运算放大器152，电流Is_2的方向也可能是流入跨导运算放大器152。电流Is_2可用以下公式表示：Is_2＝Gm_2*(Vg-Vg_2)，其中Gm_2为跨导运算放大器152的增益(gain)。电流Is_2通过电阻Rs_2而产生电压Vfb_2，所以Vfb_2＝Vfb+Is_2*Rs_2。
如果电流Is_2的方向是流出跨导运算放大器152，则Vfb_2>Vfb，这表示Vg>Vg_2。跨导运算放大器152的虚拟短路会将晶体管MP_2的栅极电压Vg_2往上拉以逼近晶体管MP的栅极电压Vg。
反之，如果电流Is_2的方向是流入跨导运算放大器152，则Vfb_2<Vfb，这表示Vg<Vg_2。跨导运算放大器152的虚拟短路会将晶体管MP_2的栅极电压Vg_2往下降以逼近晶体管MP的栅极电压Vg。
如上所述，反馈单元142能箝制晶体管MP和MP_2的栅极电压，使晶体管MP_2的栅极电压Vg_2等于晶体管MP的栅极电压Vg。晶体管MP和MP_2的源极(source)电压都是VCC。晶体管MP和MP_2的漏极(drain)互相耦接，所以晶体管MP和MP_2的漏极电压也相等。如果用相同的工艺与参数来制造晶体管MP和MP_2，就可以让辅助稳压器112的分支电流Ib_2等于主要稳压器111的分支电流Ib。另外，反馈单元142的反馈回圈能补偿运算放大器131和132之间的特性差异，使辅助稳压器112的分支电流Ib_2等于主要稳压器111的分支电流Ib。
图2是依照本发明的另一实施例的一种稳压电路200的示意图。在稳压电路200之中，有多个相同结构的辅助稳压器112～11k并联，k可以是大于二的任意整数。每一个辅助稳压器112～11k有五个共同的耦接点，分别是分压器120的电阻R1和R2之间的接点(对应反馈电压Vfb)、晶体管MP的栅极(对应电压Vg)、参考电压VREF、电源电压VCC、以及晶体管MP和分压器120之间的接点(对应输出电压Vout)。主要稳压器111提供的分支电流Ib和每一个辅助稳压器112～11k提供的分支电流Ib_2～Ib_k都有相同大小。分支电流Ib和Ib_2～Ib_k汇流成为输出电流It。电流It的一小部分通过分压器120而产生输出电压Vout。电流It的大部分成为最终的输出电流Iout。
综上所述，本发明的稳压电路包括多个稳压器，每个稳压器可提供相同的电流。因此可藉由多个稳压器共同来推动高输出电流的应用。或者，也可将多个稳压器分散配置在集成电路的不同区域来分散电流，以降低热产生，避免过热。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (6)

1.一种稳压电路，包括：
主要稳压器，提供输出电压，并根据该输出电压与参考电压调节该输出电压；以及
至少一辅助稳压器，耦接该主要稳压器，提供该输出电压，并根据该输出电压与该参考电压调节该输出电压，其中该主要稳压器和每一上述辅助稳压器提供相同大小的分支电流，该稳压电路的输出电流包括该主要稳压器和该至少一辅助稳压器提供的该分支电流。
2.如权利要求1所述的稳压电路，其中该主要稳压器包括：
分压器，根据该输出电压提供反馈电压，其中该反馈电压为该输出电压的分压；
第一晶体管，耦接于电源电压与该分压器之间，提供该主要稳压器的该分支电流，其中该第一晶体管和该分压器的接点提供该输出电压；以及
第一运算放大器，耦接该分压器与该第一晶体管，根据该反馈电压与该参考电压调节该主要稳压器的该分支电流。
3.如权利要求2所述的稳压电路，其中该第一运算放大器的正输入端接收该反馈电压，该第一运算放大器的负输入端接收该参考电压，该第一运算放大器的输出端耦接该第一晶体管的栅极。
4.如权利要求2所述的稳压电路，其中每一上述辅助稳压器包括：
第二晶体管，耦接于该电源电压与该分压器之间，提供对应的该辅助稳压器的该分支电流；
第二运算放大器，耦接该第二晶体管，根据该反馈电压与该参考电压调节对应的该辅助稳压器的该分支电流；以及
反馈单元，以虚拟短路耦接该第一晶体管的栅极和该第二晶体管的栅极，并耦接该分压器与该第二运算放大器，调节该反馈电压并将调节过后的该反馈电压提供至该第二运算放大器。
5.如权利要求4所述的稳压电路，其中该第二运算放大器的负输入端接收调节过后的该反馈电压，该第二运算放大器的正输入端接收该参考电压，该第二运算放大器的输出端耦接该第二晶体管的栅极。
6.如权利要求4所述的稳压电路，其中该反馈单元包括：
跨导运算放大器，以虚拟短路耦接该第一晶体管的栅极和该第二晶体管的栅极；以及
电阻，其中该电阻的一端耦接该反馈电压，该电阻的另一端耦接该跨导运算放大器的输出端和该第二运算放大器的负输入端。
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