DE102017113718A1 - Linearer Spannungsregler - Google Patents

Linearer Spannungsregler Download PDF

Info

Publication number
DE102017113718A1
DE102017113718A1 DE102017113718.1A DE102017113718A DE102017113718A1 DE 102017113718 A1 DE102017113718 A1 DE 102017113718A1 DE 102017113718 A DE102017113718 A DE 102017113718A DE 102017113718 A1 DE102017113718 A1 DE 102017113718A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
semiconductor device
output
regulator
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102017113718.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Marco Flaibani
Giovanni Bisson
Marco Piselli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of DE102017113718A1 publication Critical patent/DE102017113718A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/575Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Abstract

Eine Schaltung, umfassend: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Reihenspannungsregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel an dem Spannungsausgang bereitzustellen; und einen Parallelspannungsregler, der ein zweites Halbleiterbauelement umfasst, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Parallelspannungsregler betreibbar ist, um eine Schwankung eines an dem Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und einen Strom vom Spannungsausgang über das Halbleiterbauelement zu ziehen und/oder an den Spannungsausgang zu liefern, wobei ein Betrag des gezogenen und/oder gelieferten Stroms geeignet ist, um die Änderung des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Anmeldung betrifft lineare Spannungsregler.
  • Hintergrund
  • In elektronischen Vorrichtungen und in Elektroenergiemanagementsystemen ist eine Spannungsregelung ein Maß der Fähigkeit einer Vorrichtung oder einer Schaltung, die oft als ein Spannungsregler bezeichnet wird, eine konstante oder nahezu konstante Spannungsausgabe über eine Spanne variierender Betriebs- und Lastbedingungen aufrechtzuerhalten. Für kleinere elektronische Vorrichtungen, insbesondere batteriebetriebene Vorrichtungen, wie z.B. Mobiltelefone und Laptop-Computer, ist eine richtige Spannungsregelung entscheidend für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung. Da außerdem die Batterielebensdauer und die Betriebszeit zwischen Batterieladevorgängen bei diesen tragbaren Vorrichtungen von Bedeutung ist, stellt auch der Energieverbrauch der zum Bereitstellen einer Spannungsregelung verwendeten Schaltungen eine bedeutende Design-Überlegung dar. Der Begriff Batterie bezeichnet hier insbesondere eine wiederaufladbare Batterie (Akkumulator).
  • Es ist eine Aufgabe, verbesserte Schaltungen und Verfahren zur Spannungsregelung bereitzustellen.
  • Kurzdarstellung
  • Es werden eine Schaltung nach Anspruch 1 oder 19 sowie ein Verfahren nach Anspruch 12 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
  • Es besteht ein großes Interesse an effizienten integrierten Energiemanagement-Schaltungen (Energiemanagement-ICs). Ein wichtiger Baustein in diesen Energiemanagementsystemen ist der lineare LDO-Regler (Low-Drop Out, lineare Regler mit einem niedrigen Spannungsabfall), der häufig auf einen Gleichspannungsschaltwandler folgt. Lineare Spannungsregler und insbesondere lineare LDO-Regler werden verwendet, um die Versorgungswelligkeiten zu regeln, um eine saubere Spannungsquelle für die gegenüber Rauschen empfindlichen analogen/HF-Blöcke bereitzustellen, die oft von diesen Energiemanagementsystemen versorgt werden. Wie hier erkannt, besteht ein Bedarf nach einem stabilen linearen LDO-Regler, der über einen breiten Bereich von Lastbedingungen arbeitet, während eine hohe Störungsunterdrückung (PSR) oder ein hohes Störungsunterdrückungsverhältnis (PSRR) zusammen mit einer niedrigen Abfallspannung und einer hohen Effizienz erzielt wird. Die Implementierungsbeispiele und Techniken, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind, gehen sowohl das Effizienzproblem als auch die genaue Korrektur der Ausgangsspannung an. In verschiedenen Beispielen kombinieren lineare Spannungsregler, wie hier beschrieben, einen Serienregler mit einem Parallelregler, um eine Spannungsregelung mit einer hohen Störungsunterdrückung (PSR) zusammen mit einer niedrigen Abfallspannung und einer hohen Effizienz bereitzustellen.
  • In einem Beispiel richtet sich die Anmeldung auf eine Schaltung, die umfasst: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Serienregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel an dem Spannungsausgang bereitzustellen; und einen Parallelspannungsregler, der ein zweites Halbleiterbauelement umfasst, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Parallelspannungsregler betreibbar ist, um eine Schwankung eines an dem Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und einen Strom von dem Spannungsausgang über das Halbleiterbauelement zu ziehen, wobei ein Betrag des gezogenen Stroms geeignet ist, um die Änderung des Spannungspegels an dem Spannungsausgang auszugleichen.
  • In einem anderen Beispiel richtet sich die Anmeldung auf ein Verfahren, umfassend: Empfangen einer Versorgungsspannung an einem Eingang eines Reihenspannungsreglers, Regeln eines Spannungsabfalls über einem Halbleiterbauelement, um eine geregelte Spannungsausgabe an einem Spannungsausgang des Reihenspannungsreglers bereitzustellen, Empfangen eines Anzeichens einer Spannungsschwankung der geregelten Spannungsausgabe, und als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, Ziehen eines Stroms von dem Spannungsausgang über einen Parallelspannungsregler mit einem Betrag, der die Spannungsschwankung am Spannungsausgang ausgleicht.
  • In einem anderen Beispiel richtet sich die Anmeldung auf eine Schaltung, umfassend: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Reihenspannungsregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel am Spannungsausgang bereitzustellen; und einen Parallelregler, der ein zweites Halbleiterbauelement, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, und ein drittes Halbleiterbauelement, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, umfasst, wobei der Parallelregler betreibbar ist, um eine Abnahme eines am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und als Antwort auf die Abnahme des Spannungspegels einen ersten Strombetrag an den Spannungsausgang über das Halbleiterbauelement zu liefern, wobei der erste Strombetrag geeignet ist, um die Abnahme des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen, und wobei der Parallelregler betreibbar ist, um einen Anstieg eines am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und als Antwort auf den Anstieg des Spannungspegels einen zweiten Strombetrag von dem Spannungsausgang über das dritte Halbleiterbauelement zu ziehen, wobei der zweite Strombetrag geeignet ist, um den Anstieg des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  • Die Einzelheiten eines oder mehrerer Beispiele werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen offensichtlich werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines elektrischen Systems gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Überragungsfunktion für einen Verstärker in einem Parallelspannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 4A ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 4B ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 4C ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 4D ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das Beispielverfahren gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
  • Die Zeichnungen und die Beschreibung, die hier bereitgestellt werden, veranschaulichen und beschreiben verschiedene Beispiele der erfindungsgemäßen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme der vorliegenden Anmeldung. Jedoch sind die Verfahren, Vorrichtungen und Systeme der vorliegenden Anmeldung nicht auf die konkreten Beispiele, wie hier veranschaulicht und beschrieben, beschränkt, und es werden andere Beispiele und Abwandlungen der Verfahren, Vorrichtungen und Systeme der vorliegenden Anmeldung, wie von einem Durchschnittsfachmann verstanden werden würde, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Anmeldung in Betracht gezogen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Für Energiemanagementsysteme, die eine Spannungsregelung erfordern, wird die Notwendigkeit einer hohen Effizienz des Systems bei gleichzeitiger Beibehaltung einer sauberen Versorgung bei hoher Frequenz in vielen Bereichen immer wichtiger. Beim Verwenden linearer Spannungsregler zum Bereitstellen einer Spannungsregelung besteht ein einfaches Verfahren zum Erhöhen der Effizienz der linearen Regler bei gleichzeitiger Beibehaltung einer guten PSR oder eines guten PSRR darin, die Abfallspannung in dem Pass-Element des linearen Reglers auf ein Minimum zu reduzieren. Wie hier jedoch erkannt, erfordert dieser Ansatz große Leistungsstufen. Außerdem geht die Tendenz in der Elektronik dahingehend, größere Strombeträge an Lasten, wie z.B. analoge und HF-Schaltungsblöcke, zu liefern, was auch eine Verwendung von immer größeren Leistungstransistoren für die linearen Regler impliziert.
  • Außerdem könnte die Effizienz des linearen Spannungsreglers, insbesondere eines linearen LDO-Spannungsreglers, unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:
    Figure DE102017113718A1_0002
    wobei η die Effizienz des Spannungsreglers darstellt, die in Prozent ausgedrückt werden kann, Vout die von dem Spannungsregler bereitgestellte Ausgangsspannung ist, Iout der als eine Ausgabe von dem Spannungsregler bereitgestellte Strom ist, Vin die an den Spannungsregler bereitgestellte Eingangsspannung ist und IRuhe der durch den Spannungsregler im Prozess des Regelns der Ausgangsspannung aufgenommene Strom ist.
  • Ein Verfahren zum Verbessern einer Leistungsfähigkeit des Leistungstransistors besteht darin, den Leistungstransistor an der Grenze zwischen einem Trioden- und einem Sättigungsbereich (für Metalloxid-Halbleiter-Bauelemente (MOS-Bauelemente)) zu halten. Auf diese Weise ist es möglich, den Vorteil der „hohen“ PSR zu haben, während die Effizienz auf einem Maximum gehalten wird. Leider führt diese Herangehensweise recht schnell zu einer „unangemessenen“ Leistungsdimensionierung. Der Beweis dafür könnte in der MOS-Gleichung des Grenzbereichs zwischen Triode und Sättigung vorgefunden werden. Dieser Punkt könnte mit der folgenden Formel ausgedrückt werden:
    Figure DE102017113718A1_0003
    Wobei Vds Drain-Source-Spannung eines MOS ist (das heißt der Abfall des Leistungs-MOS)
    Vth die Schwellenspannung des MOS ist
    Id der Drain-Strom des MOS ist
    μn die effektive Elektronenbeweglichkeit ist
    Cox die Gateoxid-Kapazität pro Einheitsfläche ist
    W die Gatebreite des MOS-Transistors ist
    L die Gatelänge des MOS-Transistors ist.
  • Dies ermöglicht eine einfache Verifizierung, dass, für eine gegebene Technologie, durch Reduzieren des Abfalls über dem Pass-Element auf einen halben Abfall, die Reduzierung zu einem 4-fachen Erhöhen des W/L-Verhältnisses des Elements führt (was die 4-fache Fläche bei einem festen L, üblicherweise einem minimalen L für eine Leistungsstufe, bedeutet), während ein Verdoppeln des Stroms erforderlich ist, um die Leistungsstufenfläche zu verdoppeln.
  • Viele verschiedene Herangehensweisen wurden verwendet, um PSR des linearen LDO-Spannungsreglers zu erhöhen. Beispiele umfassen: Verwenden einer einfachen RC-Filterung am Ausgang des linearen LDO-Spannungsreglers, Kaskadieren zweier Regler, Kaskadieren eines anderen Transistors mit dem pMOS-Pass-Transistor zusammen mit einer RC-Filterung, Verwenden spezieller Technologien, wie z.B. Drain-erweiterter FET-Bauelemente, und/oder Ladungspumpentechniken, um das Gate eines der Transistoren vorzuspannen.
  • Wie hier jedoch erkannt, reduziert eine einfache RC-Filterung die Spannungswelligkeit am Eingang des LDO, aber diese Technik erhöht aufgrund des hohen Spannungsabfalls über dem Widerstand die Abfallspannung in LDO-Reglern, die einen hohen Strom liefern. Ein Verwenden eines nMOS- oder eines pMOS-Transistors zum Kaskadieren mit dem pMOS-Pass-Transistor kann eine hohe Störungsunterdrückung über einen breiten Frequenzbereich erzielen. Wie hier jedoch erkannt, erhöhen diese Techniken die benötigte Fläche und führen zu einer hohen Abfallspannung. Ferner können Ladungspumpentechniken die Komplexität erhöhen und zu einer höheren Leistungsaufnahme führen, da ein Taktgeber zusammen mit einer RC-Filterung zum Entfernen von Taktwelligkeiten erforderlich ist. Zusammenfassend besteht die Hauptidee hinter diesen Techniken darin, mehr Isolation zwischen dem Eingang und dem Ausgang entlang des Hochstrom-Signalpfads bereitzustellen. Daher sind der Flächenbedarf und eine Abfallspannung groß.
  • In letzter Zeit wurde ein neuer Ansatz vorgeschlagen, der als Feed-Forward-Ripple-Cancellation bezeichnet wird. Dieser Ansatz erfordert die Berücksichtigung der Ausgangsimpedanz des MOS-Bauelements und versucht, diesen „Leck“-Strom mit einer geeigneten Open-Loop-Modulation der Gate-Source-Spannung zu korrigieren. Wie hier erkannt, bestehen die Hauptnachteile dieser Techniken darin, dass sie auf der Kenntnis der Ausgangsimpedanz des Leistungs-MOS-Bauelements basieren, während sich dieser Wert mit einem Laststrom und einer Prozessstreubreite wesentlich ändern könnte.
  • Daher beruhen all diese Techniken zum Verbessen der PSR der LDO-Regler auf einem Regler mit einem hohen Spannungsabfall, oder sie beruhen auf einer Korrektur mit einem offenen Regelkreis, die dabei versagt, eine gute Kontrolle der PSR über Laständerungen und über Prozessstreubreite bereitzustellen. Die Implementierungsbeispiele und Techniken, die in der vorliegenden Anmeldung bereitgestellt werden, gehen sowohl das Effizienzproblem als auch die genaue Korrektur der Ausgangsspannung an. Die Hauptidee besteht darin, eine serielle Spannungsregelung mit einer parallelen Spannungsregelung zu kombinieren.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines elektrischen Systems 100 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Wie dargestellt, umfasst das elektrische System 100 eine Leistungsquelle 110, die einen Leistungsausgang aufweist, der mit einem Eingang des Energiemanagementsystems 120 gekoppelt ist. Das Energiemanagementsystem 120 umfasst einen Ausgang, der mit einer oder mehreren Lasten 140 gekoppelt ist. In verschiedenen Beispielen ist die Leistungsquelle 110 betreibbar, um elektrische Energie an den Eingang des Energiemanagementsystems 120 bereitzustellen. Die Leistungsquelle 110 ist in einigen Beispielen eine Batterie, die betreibbar ist, um elektrische Leistung bei einem bestimmten Gleichspannungspegel bereitzustellen. In verschiedenen Beispielen erfordern die Lasten 140 eine Leistung von einer Spannungsversorgung, die einen Spannungspegel aufweist, der von der Spannung, die von der Leistungsquelle 110 bereitgestellt wird, unterschiedlich ist. Um diese Differenz hinsichtlich der Spannungspegel zu erzeugen, umfasst das Energiemanagementsystem 120 einen Gleichspannungsschaltwandler 122, der betreibbar ist, um als eine Eingabe von der Leistungsquelle 110 elektrische Leistung bei dem durch die Leistungsquelle 110 bereitgestellten Spannungspegel zu empfangen, und die empfangene elektrische Leistung in eine elektrische Gleichspannungsleistungsausgabe umzuwandeln, die einen Spannungspegel aufweist, der von dem Spannungspegel, der von der Leistungsquelle 110 empfangen wird, verschieden, entweder höher oder niedriger als dieser, ist.
  • Die durch den Wandler 122 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung ist grafisch als Ausgabe 123 dargestellt. Wie in der Ausgabe 123 dargestellt, stellt der Wandler 122 eine Gleichstromausgabe bereit, die eine Schwankung (Rauschen) in dem Ausgangsspannungspegel umfasst. Dieser Rauschpegel, der am Ausgang des Wandlers 122 vorhanden ist, könnte negative Auswirkungen auf den Betrieb der Lasten 140 haben, wenn er an diese Lasten vom Ausgang des Wandlers 122 direkt bereitgestellt wird. Zum Beispiel könnte das in der Ausgabe 123 vorhandene Rauschen bei einer Bereitstellung als die Versorgungsspannung an den analogen Block 142, den Hochfrequenzblock 144 oder den digitalen Schaltungsblock 146, die in 1 als Beispiele von Lasten 140 gezeigt sind, verursachen, dass diese Blöcke nicht ordnungsgemäß arbeiten, oder überhaupt nicht für ihre vorgesehenen Zwecke funktionieren. Um dieses Rauschen zu reduzieren oder zu eliminieren, wird der Ausgang des Wandlers 122 an einen Eingang eines LDO-Spannungsreglers 124 gekoppelt. Wie in 1 dargestellt, stellt der Ausgang des Reglers 124 idealerweise eine elektrische Leistung bereit, die eine grafisch als Ausgabe 130 gezeigte Ausgabe aufweist, wobei kein Rauschen in der Ausgabe vorhanden ist. In einigen Beispielen veranschaulicht Ausgabe 132 eine grafische Darstellung der tatsächlichen Ausgabe vom Regler 124, wobei die Ausgabe vom Regler 124 einen gewissen, ein Rauschen repräsentierenden Grad von Schwankung des Ausgangsspannungspegels aufweist, aber bei einem Rauschpegel, der viel kleiner ist als der am Ausgang des Wandlers 122 vorhandene Rauschpegel. Die durch den Regler 124 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung wird mit den Lasten 140 gekoppelt und stellt eine Versorgungsspannung für die Lasten 140 bei einem durch diese Lasten geforderten Spannungspegel und mit einem Rauschpegel, der unterhalb eines Pegels liegt, der eine nicht ordnungsgemäße Arbeit dieser Lasten verursachen würde, bereit.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler 200 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Wie dargestellt, umfasst der Spannungsregler 200 sowohl einen Serienregler 210 als auch einen Parallelregler 230, die betreibbar sind, um mit einer Last, wie z.B. einer Beispiellast 224, jedoch nicht darauf beschränkt, gekoppelt zu werden. Wie in 2 dargestellt, wird der Serienregler 210 mit einem Spannungseingang (V_IN) 202 gekoppelt. In verschiedenen Beispielen ist eine durch den Spannungseingang 202 bereitgestellte Spannung eine Spannung, die betreibbar ist, um durch den Serienregler 210 und den Parallelregler 230 geregelt zu werden, und die, wie in 2 dargestellt, gekoppelt wird, um eine geregelte Spannung an die Last 224 zu liefern. In verschiedenen Beispielen ist der Spannungsregler 200 ein LDO-Regler 124, wie in 1 dargestellt, obwohl Beispiele des Spannungsreglers 200 nicht auf den Regler 124 beschränkt sind. In verschiedenen Beispielen ist die Last 224 ein Beispiel beliebiger Lasten 140, wie in 1 dargestellt, obwohl Beispiele von Lasten, die die Last 224 umfassen können, nicht auf die Lasten 140 beschränkt sind.
  • Wie in 2 dargestellt, umfasst der Serienregler 210 ein P-Kanal-Halbleiterbauelement (M1) 220, das eine erste Anschlussleitung (einen Eingang) 211, die mit dem Spannungseingang 202 gekoppelt ist, eine zweite Anschlussleitung 221, die mit einem Knoten 222 gekoppelt ist, und ein Gate 213 aufweist. Der Serienregler 210 umfasst ferner einen Verstärker 212, der einen nicht invertierenden Eingang 216, der mit dem Knoten 222 gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang 214, der mit einer Referenzspannung 215 gekoppelt ist, und einen Ausgang 218, der mit dem Gate 213 des Halbleiterbauelements 220 gekoppelt ist, aufweist. Der Knoten 222 des Serienreglers 210 ist mit einem Ausgangsknoten 250 gekoppelt. In verschiedenen Beispielen ist der Serienregler 210 betreibbar, um eine Versorgungsspannung vom Spannungseingang 202 zu empfangen und eine Serienregelung der Spannungseingabe über das Halbleiterbauelement 220 bereitzustellen, um eine geregelte Spannungsausgabe an den Knoten 250 bereitzustellen, wie nachstehend weiter beschrieben. In verschiedenen Beispielen wird das Halbleiterbauelement 220 als das „Pass-Element“ des Serienreglers 210 bezeichnet. Das in dem Serienregler 210 aufgenommene Pass-Element ist nicht darauf beschränkt, dass es ein P-Kanal-Halbleiterbauelement umfasst, und es kann eine beliebige Art eines Halbleiterbauelements umfassen, die ausgelegt werden kann, um als das Pass-Element für einen Spannungsregler mit einer niedrigen Abfallspannung zu arbeiten.
  • Der Spannungsregler 200 umfasst außerdem einen Parallelregler 230. Der Parallelregler 230 umfasst ein Halbleiterbauelement (M2) 240, das eine erste Anschlussleitung 242, die mit dem Knoten 231 gekoppelt ist, eine zweite Anschlussleitung 244, die mit einer Referenzspannung 252 gekoppelt ist, und ein Gate 238 aufweist. In verschiedenen Beispielen kann die Referenzspannung 252 als „Masse“-Spannung bezeichnet werden. Jedoch ist der Bezug auf „Masse“ oder auf einen „Masse“-Spannungspegel nicht auf einen bestimmten Spannungspegel oder darauf, konkret „Erdungsmasse“ zu bedeuten, beschränkt, und soll so verstanden werden, dass er sich auf einen gemeinsamen Spannungspegel zwischen Punkten bezieht, die derart ausgelegt sind, dass sie mit „Masse“ gekoppelt oder „geerdet“ werden. Wie dargestellt, ist der Knoten 231 mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt. Der Parallelregler 230 umfasst ferner einen Kondensator 232, der einen ersten Anschluss, der mit dem Knoten 231 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem Eingang 234 des Verstärkers 236 gekoppelt ist, aufweist. Der Verstärker 236 umfasst einen Ausgang 237, der mit dem Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 gekoppelt ist. In verschiedenen Beispielen ist der Parallelregler 230 betreibbar, um einen Stromfluss (IPARALLEL) 246 von dem Ausgangsknoten 250 zu der Referenzspannung 252 zu ziehen, indem ein Bypassweg für einen Strompfad von dem Ausgangsknoten 250 über die Last 224 zu der Referenzspannung 252 bereitgestellt wird, und daher eine zusätzliche Spannungsregelung der an die Last 224 bereitgestellten Spannung am Ausgangsknoten 250 bereitgestellt wird, wie nachstehend weiter beschrieben.
  • In verschiedenen Beispielen umfasst der Spannungsregler 200 als Beispiel ein kapazitives Ausgangselement 226, das einen Beispielkondensator und einen äquivalenten Reihenwiderstand des Beispielkondensators umfasst. In verschiedenen Beispielen ist das kapazitive Ausgangselement 226 als eine kapazitive Kopplung zwischen dem Ausgangsknoten 250 und der Referenzspannung 252 bereitgestellt, um eine zusätzliche Filterung und Stabilität der am Ausgangsknoten 250 und daher der Last 224 bereitgestellten Ausgangsspannung bereitzustellen.
  • In Betrieb stellt eine am Spannungseingang 202 bereitgestellte Spannung einen Stromfluss 217 (IREIHE) durch das Halbleiterbauelement 220 an den Knoten 222 bereit. Aufgrund der sehr hohen Eingangsimpedanz des nicht invertierenden Eingangs 216 des Verstärkers 212 wird im Wesentlichen der gesamte über das Halbleiterbauelement 220 fließende Stromfluss 217 an den Knoten 222 und den Ausgangsknoten 250 bereitgestellt. Die Spannung am Knoten 222 wird als Rückkopplung an den nicht invertierenden Eingang 216 des Verstärkers 212 bereitgestellt. Der Verstärker 212 empfängt eine Referenzspannung an dem invertierenden Eingang 214 von der Referenzspannung 215, und ist betreibbar, um eine Ausgangsspannung am Ausgang 218 bereitzustellen, die, wenn sie an das Gate 213 des Halbleiterbauelements 220 bereitgestellt wird, das Halbleiterbauelement 220 dazu veranlasst, den Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220 zu regeln, wodurch ein Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 bereitgestellt wird, der derart variiert, dass die am Knoten 222 bereitgestellte Spannung kleiner ist als die am Eingang 211 bereitgestellte Spannung und einen geregelten Spannungspegel umfasst, der weniger Spannungsschwankungen umfasst (z.B. in Bezug auf den Spannungspegel besser geregelt ist) als die am Eingang 211 bereitgestellte Spannung. Die am Knoten 222 bereitgestellte Spannung ist mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt. Diese am Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Spannung wird an die Last 224 bereitgestellt. Der Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220, der den Knoten 222 verlässt, wird daher an den Ausgangsknoten 250 geliefert. Daher wird zumindest ein Teil des Stromflusses 217 an die Last 224 und das kapazitive Element 226 bereitgestellt, was durch einen Stromfluss (ILAST) 225 repräsentiert wird, der in 2 derart gezeigt ist, dass er vom Ausgangsknoten 250 durch die Last 224 an die Referenzspannung 252 fließt. Hin und wieder kann ein Teil des Stromflusses 217 auch an das kapazitive Ausgangselement 226 geleitet werden.
  • Außerdem wird die an den Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Spannung auch an den Knoten 231 des Parallelreglers 230 bereitgestellt und daher wird sie über den Kondensator 232 mit dem Eingang 234 des Verstärkers 236 gekoppelt. Auf der Grundlage dieser Eingabe in den Verstärker 236 ist der Verstärker 236 betreibbar, um ein Steuersignal am Ausgang 237 bereitzustellen, das an das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 bereitgestellt wird. Das an das Gate 238 bereitgestellte Steuersignal steuert das Halbleiterbauelement 240, um den Stromfluss (IPARALLEL) 246 vom Knoten 231 durch das Halbleiterbauelement 240 an die Referenzspannung 252 zu regeln. Zuweilen umfasst eine Regelung des Stromflusses 246 durch das Halbleiterbauelement 240, dass kein Stromfluss durch das Halbleiterbauelement 240 erlaubt wird. Zu anderen Zeiten umfasst die Regelung des Stromflusses 246 durch das Halbleiterbauelement 240 eine Steuerung eines Strombetrags, der durch das Halbleiterbauelement 240 fließen darf, auf der Grundlage des Ausgangssignals, welches durch den Verstärker 236 an das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 bereitgestellt wird. Wenn das Halbleiterbauelement 240 derart geregelt wird, dass kein Strom vom Knoten 231 durch das Halbleiterbauelement 240 an die Referenzspannung 252 fließt, steht im Wesentlichen der gesamte vom Serienregler 210 an den Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Stromfluss 217 zur Verfügung, um durch die Last 224 zu fließen. Wenn alternativ das Halbleiterbauelement 240 durch den Verstärker 236 derart geregelt wird, dass ein Stromfluss 246 vom Knoten 231 durch das Halbleiterbauelement 240 an die Referenzspannung 252 erlaubt wird, steht ein durch das Halbleiterbauelement 240 fließende Strom nicht mehr zur Verfügung, um durch die Last 224 zu fließen, und steigert daher den Gesamtbetrag des Stromflusses 217, der vom Serienregler 210 an den Ausgangsknoten 250 bereitgestellt werden muss, um den Stromanforderungen der Last 224 zu entsprechen. Der Anstieg des Stromflusses wird durch einen Anstieg des Stromflusses 217 durch das Halbleiterbauelement 220 bereitgestellt, was zu einem größeren Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 (das als das Pass-Element arbeitet), und daher zu einer Abnahme der am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Ausgangsspannung führt. In verschiedenen Beispielen werden Schwankungen des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 an den Verstärker 236 über den Kondensator 232 bereitgestellt. Auf der Grundlage des Anzeichens dieser Schwankungen im Spannungspegel, der am Eingang des Verstärkers 236 empfangen wird, ist der Verstärker 236 betreibbar, um das Steuersignal am Ausgang 237 bereitzustellen, welches das Halbleiterelement 240 derart steuert, dass der Betrag des durch das Halbleiterbauelement 240 fließenden Stromflusses 246 die Änderung des am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannungspegels ausgleicht, indem der Gesamtbetrag des durch das Halbleiterbauelement 240 fließenden Stromflusses 246 geändert wird, was sich auf den Gesamtbetrag des durch das Halbleiterbauelement 220 fließenden Stromflusses 217 auswirkt. Durch Variieren des Stromflusses 217 durch das Halbleiterbauelement 220 ist der Parallelregler 230 betreibbar, um Schwankungen der am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannung auszugleichen.
  • In verschiedenen Beispielen wird ein Anstieg des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 am Eingang 234 des Verstärkers 236 über den Kondensator 232 empfangen. Im Allgemeinen rührt dieser Anstieg des Spannungspegels von einem niedrigeren Pegel des durch die Last fließenden Stroms 225 her, was zu einem kleineren Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 führt. In einigen Beispielen ist dieser Spannungsanstieg eine Folge davon, dass Rauschen nicht vollständig durch den Serienregler 210 entfernt wird und am Ausgangsknoten 250 ankommt. Als Antwort auf den Anstieg des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 ist der Verstärker 236 betreibbar, um ein Steuersignal bereitzustellen, um das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 derart vorzuspannen, dass das Halbleiterbauelement 240 einen Stromfluss 246 ermöglicht oder anhebt, um einen Strom vom Knoten 231 und daher vom Ausgangsknoten 250 zu der Referenzspannung 252 zu ziehen. Dieser Anstieg des Stromflusses 246 vom Ausgangsknoten 250 geschieht zusätzlich zu einem an die Last 224 bereitgestellten Stromfluss 225 und erhöht daher den Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220 des Serienreglers 210. Der erhöhte Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220 verursacht, dass ein größerer Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 auftritt, wodurch der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Spannungspegel reduziert wird. In der Tat kann der Spannungsanstieg am Ausgangsknoten 250 ausgeglichen oder eliminiert werden, indem der Stromfluss 246 gezogen wird, wodurch eine bessere Spannungsregelung am Ausgangsknoten 250 bezüglich von Spannungsanstiegen bereitgestellt wird.
  • In verschiedenen Beispielen wird eine Abnahme des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 am Eingang 234 des Verstärkers 236 über den Kondensator 232 empfangen. Im Allgemeinen rührt diese Abnahme des Spannungspegels von einem höheren Pegel des durch die Last fließenden Stroms 225 her, wodurch ein größerer Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 erzeugt wird. In einigen Beispielen ist diese Spannungsabnahme am Ausgangsknoten 250 eine Folge davon, dass Rauschen nicht vollständig durch den Serienregler 210 entfernt wird und am Ausgangsknoten 250 ankommt. Als Antwort auf die Abnahme des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 ist der Verstärker 236 betreibbar, um ein Steuersignal bereitzustellen, um das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 derart vorzuspannen, dass das Halbleiterbauelement 240 aufhört, einen Stromfluss 246 zu ziehen, oder einen Betrag des Stromflusses, der vom Knoten 231 und daher vom Ausgangsknoten 240 auf die Referenzspannung 252 gezogen wird, reduziert. Diese Verminderung des Stromflusses 246, der vom Ausgangsknoten 250 gezogen wird, führt zu einem niedrigeren Gesamtpegel des Stromflusses, der vom Serienregler 210 bereitgestellt wird, und vermindert daher den Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220 des Serienregler 210. Die Verminderung des Stromflusses 217 durch das Halbleiterbauelement 220 verursacht, dass ein kleinerer Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 auftritt, wodurch der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Spannungspegel erhöht wird. In der Tat kann die Spannungsabnahme am Ausgangsknoten 250 ausgeglichen oder eliminiert werden, indem der Betrag des Stromflusses 246, der vom Ausgangsknoten 250 durch den Parallelregler 230 gezogen wird, verringert wird, wodurch eine bessere Spannungsregeleng am Ausgangsknoten 250 bezüglich von Spannungsabnahmen bereitgestellt wird.
  • Durch Bereitstellen des Parallelreglers 230, der parallel zu der Last 224 gekoppelt ist, für die der Serienregler 210 eine geregelte Ausgangsspannung bereitstellt, kann eine viel höhere PSR für eine Regelung der Ausgangsspannung am Ausgangsknoten 250 erzielt werden. Auch wenn der Parallelregler 230 in dem Prozess der Regelung der Ausgangsspannung ein gewisses Maß an Strom verbraucht, ist außerdem der Stromfluss 246 im Verhältnis zu dem an die Last 224 bereitgestellten Stromfluss 225 sehr klein, und daher ist die Änderung (Verlust) des Effizienzniveaus für den Spannungsregler 200 durch die Verwendung des Parallelreglers 230 auch sehr minimal. Zum Beispiel wird für eine Konfiguration, bei der die Eingangsspannung am Spannungseingang 202 (Vin) 4 V beträgt, der Ausgangsspannungspegel am Ausgangsknoten 250 (Vout) 3,3 V beträgt, der an die Last 224 bereitgestellte Laststrom (ILAST) 1 A beträgt, und der durch den Spannungsregler 200 verbrauchte Ruhestrom (IRUHE) 500 μA beträgt, die Effizienz der Spannungsregelung ohne den Parallelregler 203 folgendermaßen berechnet:
    Figure DE102017113718A1_0004
  • Bei der Hinzufügung des Parallelreglers 230 und einem Verbrauch des Stromflusses 246 von Ishunt = 5 mA wird die Effizienz des Spannungsreglers 200 mit dem Parallelregler 230 folgendermaßen berechnet:
    Figure DE102017113718A1_0005
  • Sogar bei einem recht hohen Stromverbrauch des Stromflusses 246 aufgrund des durch die Last 224 benötigten hohen Stroms, ist daher der Verlust der Effizienz durch die Hinzufügung des Parallelreglers 230 extrem klein, z.B. kleiner als die Hälfte eines Prozents. Außerdem stellt der leichte Verlust der Effizienz eine Verbesserung der PSR des Spannungsreglers auch bei hohen Frequenzen bereit. Wenn die vorstehend veranschaulichte Konfiguration geändert wird, zum Beispiel um die Eingangsspannung um lediglich 200 mV zu reduzieren, während die vorherigen Leistungsfähigkeiten bezüglichen der PSR aufrechterhalten werden, ergibt die neue Berechnung mit Vin = 3,8 V eine neue Effizienz in Höhe von:
    Figure DE102017113718A1_0006
    wobei Ishunt der Stromshunt durch den Parallelspannungsregler und die Last überbrückend ist. Insgesamt ist daher lediglich durch die Hinzufügung und Betrieb des Parallelreglers 230 die Effizienz des Spannungsreglers 200 tatsächlich verbessert, während der Vorteil des Aufrechterhaltens der gleichen PSR bei hohen Frequenzbereichen weiterhin erzielt wird. Zusätzlich zu diesen Effizienz- und PSR-Verbesserungen unterdrückt der Parallelregler 230 aufgrund seiner Fähigkeit, die Impedanz des Serienregler 210 über einen breiten Bereich von Frequenzen zu verringern, außerdem ein Rauschen, das von der Last zurückkommt.
  • Wie in 2 dargestellt, ist das Halbleiterbauelement 240 ein N-Kanal-Halbleiterbauelement. In solchen Beispielen kann der Verstärker 236 als ein nicht invertierender Verstärker gekoppelt werden, wobei der mit dem Kondensator 232 gekoppelte Eingang 234 auch mit einem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 236 gekoppelt wird, wie zum Beispiel weiter in 4A dargestellt. In verschiedenen Beispielen kann jedoch das Halbleiterbauelement 240 ein P-Kanal-Halbleiterbauelement sein, und der Verstärker 236 ist als ein invertierender Verstärker ausgelegt, wie zum Beispiel in 4B dargestellt. Außerdem würde ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine Polarität des Parallelreglers 230 umgedreht werden könnte, indem das N-Kanal-Halbleiterbauelement 240 durch ein P-Kanal-Halbleiterbauelement ersetzt wird und das P-Kanal-Halbleiterbauelement zwischen einer Versorgungsspannung (V_supply) 202A, wie z.B. dem Spannungseingang 202, jedoch nicht darauf beschränkt, und dem Knoten 231 gekoppelt wird. Ein derartiges Beispiel ist durch einen Verstärker 236A und ein Halbleiterbauelement 240A, umfassend einen Spannungsregler 230A, wie in 2 dargestellt, veranschaulicht. In dieser Ausgestaltung wäre der P-Kanal-Halbleiterbauelement betreibbar, um einen Betrag eines an den Knoten 231 und daher an den Ausgangsknoten 250 gelieferten Stromflusses (IPARALLEL) 246A auf der Grundlage einer an den Verstärker 236A bereitgestellten, über den Kondensator 232 empfangenen Eingabe zu steuern, indem der Verstärker 236A mit dem Gate des Halbleiterbauelements 240A gekoppelt und betreibbar ist, um das P-Kanal-Halbleiterbauelement 240A zu steuern. Durch Regeln des Betrags des von einer Versorgungsspannung (V_supply) 202A über das P-Kanal-Halbleiterbauelement an den Ausgangsknoten 250 gelieferten Stromflusses 246A wäre der Spannungsregler 230A betreibbar, um eine parallele Regelung der am Ausgangsknoten 250 vom Serienregler 210 bereitgestellten Ausgangsspannung zu erbringen. Ein Beispiel eines Spannungsreglers 230A ist nachstehend unter Bezugnahme auf 4C weiter veranschaulicht und beschrieben. Außerdem kann das Halbleiterbauelement 240A auch ein N-Kanal-Halbleiterbauelement sein, wobei ein Beispiel des Spannungsreglers 230A, der ein N-Kanal-Halbleiterbauelement 240A umfasst, nachstehend unter Bezugnahme auf 4D weiter veranschaulicht und beschrieben ist.
  • 3 ist ein Blockdiagramm 300, das eine Übertragungsfunktion für einen Verstärker in einem Parallelspannungsregler gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Für einen Parallelspannungsregler, wie z.B. den Parallelregler 230, wie in 2 dargestellt, sollte das Halbleiterbauelement 240 mit einem hinreichenden Gleichstrom vorgespannt werden, um die Schwankungen der Ausgangsspannung, wie z.B. ein am Spannungsausgangsknoten 250 vorhandenes „Rauschen“, zu unterdrücken. Dieses Vorspannen könnte unter Annahme einer Welligkeit am Eingang des Serienregler 210, eines bekannten Kapazitätswertes für das kapazitive Ausgangselement 226 und der Leistungsfähigkeit des Reglers berechnet werden. Zum Beispiel ist eine Veranschaulichungskonfiguration folgendermaßen bereitgestellt: ein herkömmlicher Regler weist bei 100 kHz 40 dB bei einer 1-A-Last mit einem kapazitiven Ausgangselement 226 von 10 μF und einem Spitze-zu-Spitze-Eingangsspannungswelligkeitswert von 100 mV auf. Die Ausgangsimpedanz des Kondensators (ohne ESR-Effekt) könnte folgendermaßen berechnet werden:
    Figure DE102017113718A1_0007
  • Wobei |.| der Absolutwert einer komplexen Zahl, Zo die Ausgangsimpedanz, f = Frequenz (die besagten 100 kHz), C Ausgangskapazitätswert (die besagten 10 μF) ist.
  • In Bezug auf die Lastimpedanz und unter Annahme, dass es sich um einen Widerstand handelt, beträgt sie: 3,3V/1A = 3,3 Ohm. Bei dieser Konfiguration wird die gesamte Welligkeit der Ausgangsspannung durch die Ausgangskapazität bestimmt. Der von dem LDO-Spannungsregler stammende „Rausch(Noise)“-Strom könnte folgendermaßen berechnet werden:
    Figure DE102017113718A1_0008
  • iNoise wie nachstehend (ein verrauschter Strom, der von einem herkömmlichen Regler kommt, PSR Störungsunterdrückung, Zo wie vorstehend, Vin-noise Eingangsrauschen in Volt.
  • Mit einem Ziel einer Verbesserung der bei 20 dB bei 100 kHz eingestellten PSR und mit Unterstützung des Blockdiagramms 300 kann eine Abschätzung der benötigten Verstärkung des Verstärkers 236 vorgenommen werden. Wobei iNoise 302 der von dem herkömmlichen Regler stammende verrauschte Strom ist, TF 308 die mögliche Übertragungsfunktion des Filters ist, A 310 die Verstärkung des Verstärkers 236 ist und gm 312 die Transkonduktanz des Halbleiterbauelements 240 ist. Bei der Annahme, dass TF = 1, liegt die Shunt-Schleife in der Operationsbandbreite und das gm des Halbleiterbauelements 240 beträgt:
    Figure DE102017113718A1_0009
    wobei Zo die Ausgangsimpedanz ist, Kreis 304 ein Summationsknoten (mit Vorzeichen) zweiter Größen ist, was bedeutet 6 mA – 5,4 mA (Eingabegrößen) = 0,6 mA (Ausgabegröße).
  • Aus dem vorstehenden Blockdiagramm 300 kann gezeigt werden, dass: (iNoise – iReduction)·Z0·TF·A·gm = 5,4mA → A = 1500
  • Oder für eine 40-dB-PSR-Verbesserung: (iNoise – iReduction)·Z0·TF·A·gm = 5,94mA → A = 15000 wobei iNoise von dem Regler stammender verrauschter Strom ist, Zo wie vorstehend, TF wie vorstehend, A wie vorstehend, gm wie vorstehend, iReduction das vom Block 312 (3) kommendes Signal ist.
  • 4A ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler 401 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Wie in 4A dargestellt, behalten in vorigen Figur(en) veranschaulichte Elemente dieselben, in der (den) vorigen Figur(en) verwendeten Bezugszeichen. Wie in 4A dargestellt, sind die Last 224, das kapazitive Ausgangselement 226 und der Serienregler 210, der den Verstärker 212 und das Halbleiterbauelement (M1) 220 umfasst, alle mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 veranschaulicht und beschrieben. Wie vorstehend zum Beispiel unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, ist der Serienregler 210 betreibbar, um eine Spannungsregelung am Ausgangsknoten 250 und der Last 224 unter Verwendung der durch den Spannungseingang (V_IN) 202 bereitgestellten Spannung zu erbringen.
  • Außerdem umfasst der Spannungsregler 401 einen Parallelregler 261, der mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt ist. Wie dargestellt, umfasst der Parallelregler 261 den Kondensator 232, ein N-Kanal-Halbleiterbauelement (M2) 240, einen ersten Verstärker 236, einen zweiten Verstärker 260, ein Tiefpassfilter 270 und einen Widerstand 276. Eine erste Anschlussleitung des Kondensators 232 ist mit dem Ausgangsknoten 250 über den Knoten 231 gekoppelt, und eine zweite Anschlussleitung des Kondensators 232 ist mit einem nicht invertierenden Eingang 274 des ersten Verstärkers 236 gekoppelt. Der erste Verstärker 236 umfasst einen invertierenden Eingang 272 und einen Ausgang 237. Der Widerstand 276 umfasst eine erste Anschlussleitung, die mit dem nicht invertierenden Eingang 274 des ersten Verstärkers 236 gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung, die in einigen Beispielen mit der Referenzspannung 252 oder mit einem anderen Referenzspannungspegel gekoppelt ist. Der Ausgang 237 des ersten Verstärkers 236 ist mit dem Gate 238 des Halbleiterbauelements (M2) 240 gekoppelt. Das Halbleiterbauelement 240 umfasst eine erste Anschlussleitung 242, die mit dem Knoten 231 gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung 244, die mit einer Referenzspannung 252 gekoppelt ist. Der Ausgang 237 des ersten Verstärkers 236 ist auch mit dem nicht invertierenden Eingang 262 des zweiten Verstärkers 260 gekoppelt. Der zweite Verstärker 260 umfasst einen invertierenden Eingang, der mit der Spannungsreferenz 266 gekoppelt ist, und einen Ausgang 268. Der Ausgang 268 des zweiten Verstärkers 260 ist mit einem Eingang des Tiefpassfilters (LPF) 270 gekoppelt. Der Ausgang vom Tiefpassfilter 270 ist mit dem invertierenden Eingang 272 des ersten Verstärkers 236 gekoppelt.
  • In dem Spannungsregler 401 führt der Serienregler 210 die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Funktionen aus, indem eine Serienregelung der Spannungseingabe 202 bereitgestellt wird, um eine geregelte Spannungsausgabe am Ausgangsknoten 250 bereitzustellen. Außerdem ist auf eine ähnliche Weise, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, der erste Verstärker 236 in 4A betreibbar, um ein Steuersignal am Ausgang 237 an das Gate 238 bereitzustellen, um das Halbleiterbauelement 240 zu steuern. Beim Steuern des Halbleiterbauelements 240 ermöglicht eine Steuerung des Stromflusses 246 es dem Parallelregler 261, die Spannung am Ausgangsknoten 250 weiter zu regeln, und ein in der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannung aufgenommenes Rauschen zu reduzieren oder zu eliminieren.
  • Die Hinzufügung des zweiten Verstärkers 260 und des Tiefpassfilters 270 ist betreibbar, um eine Steuerung eines Gleichspannungs-Vorspannungspegels am Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 bereitzustellen. In Betrieb empfängt der zweite Verstärker eine durch die Spannungsreferenz 266 bereitgestellte Referenzspannung und erzwingt, dass die Referenzspannung als ein Gleichspannungs-Vorspannungsversatz an die Gatespannung bereitgestellt wird, die an das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 angelegt wird. In einigen Beispielen wird der Gleichspannungs-Vorspannungspegel auf den Schwellenspannungspegel für das Halbleiterbauelement 240 eingestellt. In einigen Beispielen wird der Gleichspannungs-Vorspannungspegel mit dem Rauschpegel verbunden, der in dem Spannungseingang 202 vermutlich vorhanden ist. In einigen Beispielen ist der Gleichspannungs-Vorspannungspegel mit einem Rauschpegel verbunden, der in der Spannung am Ausgangsknoten 250 vorhanden ist.
  • Das Tiefpassfilter 270 ist betreibbar, um eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Parallelreglerschaltung 261 zu vermeiden. In verschiedenen Beispielen ist das Tiefpassfilter 270 betreibbar, um zu ermöglichen, dass Hochfrequenzsignale vom Ausgang 237 des ersten Verstärkers 236 an das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 propagiert werden, während ein gleicher Gleichspannungs-Vorspannungspegel beim Halbleiterbauelement 240 aufrechterhalten wird.
  • In verschiedenen Beispielen kann eine Übertragungsfunktion des ersten Verstärkers 236 folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure DE102017113718A1_0010
    wobei „A“ eine Verstärkung des ersten Verstärkers 236 repräsentiert, und „B“ eine Verstärkung des zweiten Verstärkers 260 repräsentiert.
  • In verschiedenen Beispielen könnte eine einfache Berechnung verwendet werden, um die Frequenz des Tiefpassfilters abzuschätzen. In verschiedenen Beispielen sollte die Schleife, die durch den ersten Verstärker 236 + den zweiten Verstärker 260 + das Tiefpassfilter 270 gebildet wird, keine Verstärkung (–20 dB) bei der interessierenden Frequenz (zum Beispiel 100 kHz) aufweisen, und der zweite Verstärker 260 könnte derart entworfen werden, dass er eine Gleichspannungsverstärkung von lediglich 20 dB aufweist. Wenn sowohl der erste Verstärker 236 als auch der zweite Verstärker 260 keine zusätzliche Polstelle bis 100 kHz aufweisen, wird das Verstärkungsbandbreiteprodukt konstant verbleiben als 0,1·100 kHz = A·B·fp1 → fp1 = 0,7 Hz wobei fp1 die zu berechnende Frequenz der ersten Polstelle ist. Der Parallelregler 261 bietet daher, wenn er in Verbindung mit einem Serienregler, wie z.B. dem Serienregler 210, jedoch nicht darauf beschränkt, verwendet wird, den Vorteil, dass der Schaltungsentwickler einen Gleichspannungs-Vorspannungspegel für das Halbleiterbauelement 240 einstellen kann, indem er die durch die Spannungsreferenz 266 bereitgestellte Referenzspannung auswählt und/oder steuert, während all die Leistungsfähigkeitsvorteile der durch den Parallelregler bereitgestellten Spannungsregelung bei höheren Frequenzen aufrechterhalten bleiben.
  • 4B ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler 402 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Der Spannungsregler 402 ist mit den folgenden Unterschieden dem in 4A dargestellten Spannungsregler 401 ähnlich. In dem Spannungsregler 402, wie in 4B dargestellt, umfasst das Halbleiterbauelement 240 ein P-Kanal-Halbleiterbauelement, das eine erste Anschlussleitung 242, die mit dem Knoten 231 gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung 244, die mit der Referenzspannung 252 gekoppelt ist, aufweist. Außerdem ist im Spannungsregler 402 der invertierende Eingang 272 des Verstärkers 236 mit dem Kondensator 232 und dem Widerstand 276 gekoppelt, und der nicht invertierende Eingang 274 des Verstärkers 236 ist derart gekoppelt, dass er die Ausgabe von dem Tiefpassfilter 270 empfängt. Außerdem ist der invertierende Eingang des Verstärkers 260 mit dem Gate 238 verbunden, während der nicht invertierende Eingang mit der Referenz 266 verbunden ist. Ansonsten arbeitet der Spannungsregler 402 wie vorstehend unter Bezugnahme auf den Spannungsregler 401 beschrieben, wobei der Verstärker 236 derart ausgelegt ist, dass er eine Eingabe vom Ausgangsknoten 250 über den Kondensator 232 empfängt, und ein Steuersignal am Ausgang 237 bereitstellt, um das Halbleiterbauelement 240 zu regeln. Das Steuern des Halbleiterbauelements 240 stellt eine Steuerung des Stromflusses (IPARALLEL) 246 bereit und ermöglicht es daher dem Parallelregler 261, die Spannung am Ausgangsknoten 250 weiter zu regeln, und ein in der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannung aufgenommenes Rauschen zu reduzieren oder zu eliminieren. Der Spannungsregler 402 ist außerdem ausgelegt, um die vorstehend beschriebenen Merkmale und Vorteile, die mit einer Tiefpassfilterung im Zusammenhang stehen, bereitzustellen, indem der zweite Verstärker 260 und das Tiefpassfilter 270 aufgenommen werden.
  • In anderen Beispielen könnte die Polarität des Spannungsreglers 261 umgedreht werden, indem das Halbleiterbauelement 240 durch ein Halbleiterbauelement, das zwischen einer Versorgungsspannung, wie z.B. dem Spannungseingang 202, jedoch nicht darauf beschränkt, und dem Knoten 231 gekoppelt ist, ersetzt wird. In dieser Ausgestaltung wäre der Parallelspannungsregler betreibbar, um einen an den Knoten 231 und daher an den Ausgangsknoten 250 gelieferten Strombetrag auf der Grundlage einer über den Kondensator 232 empfangenen, an den Verstärker, wie z.B. den Verstärker 236, bereitgestellten Eingabe zu steuern, indem der Verstärker 236 mit dem Gate des Halbleiterbauelements gekoppelt ist, und betreibbar, um ein Steuersignal bereitzustellen, um das Halbleiterbauelement auf eine vorstehend für das Halbleiterbauelement 240 beschriebene Weise zu steuern. Durch Regeln des von einer Versorgungsspannung über das Halbleiterbauelement an den Ausgangsknoten 250 gelieferten Strombetrags, wäre ein Parallelregler, der mit einem Halbleiterbauelement konfiguriert ist, welches eine Versorgungsspannung mit dem Ausgangsknoten 250 koppelt, betreibbar, um eine parallele Regelung der an den Ausgangsknoten 250 vom Serienregler 210 bereitgestellten Ausgangsspannung zu erbringen. In verschiedenen Beispielen dieser Konfiguration können ein zweiter Verstärker und ein Tiefpassfilter mit dem ersten Verstärker, wie vorstehend beschrieben, gekoppelt werden, um die Gleichspannungs-Vorspannung für das Halbleiterbauelement bereitzustellen. Beispiele derartiger Schaltungen werden nachstehend unter Bezugnahme auf 4C und 4D beschrieben.
  • 4C ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler 403 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Wie in 4C dargestellt, wurden Vorrichtungen und Schaltungselemente, die in 4A dargestellten Vorrichtungen und Schaltungselementen entsprechen, mit einem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet, aber ein „A“ wurde als Zusatzkennzeichnung dem jeweiligen Bezugszeichnen hinzugefügt. Wie in 4C dargestellt, umfasst der Spannungsregler 403 einen Parallelregler 261A, der mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt ist. Wie dargestellt, umfasst der Parallelregler 261A den Kondensator 232, ein N-Kanal-Halbleiterbauelement (M3) 240A, einen ersten Verstärker 236A, einen zweiten Verstärker 260A, ein Tiefpassfilter 270A und einen Widerstand 276A. Eine erste Anschlussleitung des Kondensators 232 ist mit dem Ausgangsknoten 250 über den Knoten 231 gekoppelt, und eine zweite Anschlussleitung des Kondensators 232 ist dem invertierenden Eingang 274A des ersten Verstärkers 236A gekoppelt. Der erste Verstärker 236A umfasst den nicht invertierenden Eingang 272A und einen Ausgang 237A. Der Widerstand 276A umfasst eine erste Anschlussleitung, die mit dem invertierenden Eingang 274A des ersten Verstärkers 236A gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung, die mit der Referenzspannung 252 gekoppelt ist, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Ausgang 237A des ersten Verstärkers 236A ist mit dem Gate 238A des Halbleiterbauelements (M3) 240A gekoppelt. Das Halbleiterbauelement 240A umfasst eine erste Anschlussleitung 242A, die mit einer Versorgungsspannung (V_supply) 202A gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung 244A, die mit dem Knoten 231 gekoppelt ist. Der Ausgang 237A des ersten Verstärkers 236A ist auch mit dem invertierenden Eingang 262A des zweiten Verstärkers 260A gekoppelt. Der zweite Verstärker 260A umfasst den nicht invertierenden Eingang 264A, der mit der Spannungsreferenz 266A gekoppelt ist, und einen Ausgang 268A. Der Ausgang 268A des zweiten Verstärkers 260A ist mit einem Eingang eines Tiefpassfilters 270A gekoppelt. Der Ausgang von dem Tiefpassfilter 270A ist mit dem nicht invertierenden Eingang 272A des ersten Verstärkers 236A gekoppelt.
  • In dem Spannungsregler 403 führt der Serienregler 210 die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Funktionen aus, indem eine Serienregelung der Spannungseingabe 202 bereitgestellt wird, um eine geregelte Spannungsausgabe am Ausgangsknoten 250 bereitzustellen. Außerdem ist auf eine ähnliche Weise, wie vorstehend unter Bezugnahme auf den Spannungsregler 230A von 2 beschrieben, der erste Verstärker 236A in 4C betreibbar, um ein Steuersignal am Ausgang 237A an das Gate 238A bereitzustellen, um das Halbleiterbauelement 240A zu steuern. Beim Steuern des Halbleiterbauelements 240A ermöglicht eine Steuerung des Stromflusses (IPARALLEL) 246A es dem Parallelregler 261A, die Spannung am Ausgangsknoten 250 weiter zu regeln, um ein in der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannung aufgenommenes Rauschen zu reduzieren oder zu eliminieren. Der Spannungsregler 403 ist außerdem in verschiedenen Beispielen ausgelegt, um die vorstehend beschriebenen Merkmale und Vorteile, die mit dem zweiten Verstärker 260 und dem Tiefpassfilter 270 im Zusammenhang stehen, bereitzustellen, indem der zweite Verstärker 260A und das Tiefpassfilter 270A aufgenommen werden.
  • 4D ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler 404 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Der Spannungsregler 404 ist mit den folgenden Unterschieden dem in 4C dargestellten Spannungsregler 403 ähnlich. In dem Spannungsregler 404 umfasst das Halbleiterbauelement 240A ein P-Kanal-Halbleiterbauelement, das eine erste Anschlussleitung 242A, die mit einer Versorgungsspannung (V_supply) 202A gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung 244A, die mit dem Knoten 231 gekoppelt ist, umfasst. Außerdem ist im Spannungsregler 404 der nicht invertierende Eingang 272A des Verstärkers 236A mit dem Kondensator 232 und dem Widerstand 276A gekoppelt, und der invertierende Eingang 274A des Verstärkers 236A ist derart gekoppelt, dass er die Ausgabe von dem Tiefpassfilter 270A empfängt. Außerdem ist der nicht invertierende Eingang 264A des Verstärkers 260A mit dem Gate 238 verbunden, während der invertierende 262A mit der Referenz 266 verbunden ist. Ansonsten arbeitet der Spannungsregler 404 wie vorstehend unter Bezugnahme auf den in 4C dargestellten Spannungsregler 403 beschrieben, wobei der in 4D gezeigte Verstärker 236A derart ausgelegt ist, dass er eine Eingabe vom Ausgangsknoten 250 über den Kondensator 232 empfängt und ein Steuersignal am Ausgang 237A bereitstellt, um das Halbleiterbauelement 240A zu regeln. Das Steuern des Halbleiterbauelements 240A stellt eine Steuerung des Stromflusses 246A bereit und ermöglicht es daher dem Parallelregler 261A, die Spannung am Ausgangsknoten 250 weiter zu regeln, um ein in der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannung aufgenommenes Rauschen zu reduzieren oder zu eliminieren. Der Spannungsregler 404 ist außerdem in verschiedenen Beispielen ausgelegt, um die vorstehend beschriebenen Merkmale und Vorteile, die mit dem zweiten Verstärker 260 und dem Tiefpassfilter 270 im Zusammenhang stehen, bereitzustellen, indem der zweite Verstärker 260A und das Tiefpassfilter 270A aufgenommen werden. Außerdem ist der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 260A mit dem Gate 238A verbunden, während der invertierende Eingang mit der Referenz 266A verbunden ist.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Spannungsregler 500 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Wie in 5 dargestellt, behalten in vorigen Figur(en) veranschaulichte Elemente dieselben, in der (den) vorigen Figur(en) verwendeten Bezugszeichen. Wie in 5 dargestellt, sind die Last 224, das kapazitive Ausgangselement 226 und der Serienregler 210, der einen Verstärker 212 und das Halbleiterbauelement (M1) 220 umfasst, alle mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 veranschaulicht und beschrieben. Wie vorstehend zum Beispiel unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, ist der Serienregler 210 betreibbar, um eine Spannungsregelung am Ausgangsknoten 250 und der Last 224 unter Verwendung der durch den Spannungseingang (V_IN) 202 bereitgestellten Spannung zu erbringen.
  • Außerdem umfasst, wie in 5 dargestellt, der Spannungsregler 500 einen Parallelregler 501, der mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt ist. Wie dargestellt, umfasst der Parallelregler 501 einen Kondensator 512, ein P-Kanal-Halbleiterbauelement (M3) 510 und ein N-Kanal-Halbleiterbauelement (M4) 520, einen ersten Verstärker 530 und einen zweiten Verstärker 540. Das Halbleiterbauelement 510 umfasst eine erste Anschlussleitung 504, die mit einer Versorgungsspannung 502 gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung 506, der mit einem Knoten 508 gekoppelt ist. In verschiedenen Beispielen ist die Versorgungsspannung 502 die gleiche Spannungseingabe 202, die mit dem Serienregler 210 gekoppelt ist, obwohl Beispiele nicht darauf beschränkt sind, dass die Versorgungsspannung 502 dieselbe Versorgungsspannung wie die Spannungseingabe 202 ist. Das Halbleiterbauelement 520 umfasst eine erste Anschlussleitung 516, die mit dem Knoten 508 gekoppelt ist, und eine zweite Anschlussleitung, die mit einer Referenzspannung 252 gekoppelt ist. Der Kondensator 512 umfasst eine erste Anschlussleitung, die mit dem Knoten 508 gekoppelt ist, wobei der Knoten 508 mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt ist. Der Kondensator 512 umfasst eine zweite Anschlussleitung, die mit dem Knoten 514 gekoppelt ist. Der Knoten 514 ist mit dem Eingang 532 des ersten Verstärkers 530 gekoppelt und ist außerdem mit dem Eingang 542 des zweiten Verstärkers 540 gekoppelt. Der Ausgang 534 des ersten Verstärkers 530 ist mit dem Gate 505 des P-Kanal-Halbleiterbauelements 510 gekoppelt, und der Ausgang 544 des zweiten Verstärkers 540 ist mit dem Gate 515 des N-Kanal-Halbleiterbauelements 520 gekoppelt.
  • In Betrieb stellen der erste Verstärker 530 und der zweite Verstärker 540 Ausgangssteuersignale bereit, die jeweils das Gate des Halbleiterbauelements 510 bzw. des Halbleiterbauelements 520 in einer Gegentaktanordnung steuern. Der Kondensator 512 ist mit dem Ausgangsknoten 250 gekoppelt und ist daher betreibbar, um Schwankungen des am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannungspegels als ein Eingangssignal mit den Eingängen von sowohl dem ersten Verstärker 530 als auch dem zweiten Verstärker 540 zu koppeln. Auf der Grundlage dieses Eingangssignals sind der erste Verstärker 530 und der zweite Verstärker 540 betreibbar, um das Vorspannen der jeweiligen Halbleiterbauelemente 510 bzw. 520 zu steuern und daher einen Stromfluss 536 zu steuern, damit Strom an den Knoten 508 geliefert wird, oder einen Stromfluss 546 zu steuern, damit Strom vom Knoten 508 gezogen wird. Der erste Verstärker 530 stellt ein Steuersignal vom Ausgang 534 an das Gate 505 des Halbleiterbauelements 510 bereit, das das Halbleiterbauelement 510 steuert, um zu ermöglichen oder nicht zu ermöglichen, dass der Stromfluss 536 von der Versorgungsspannung 502 durch das Halbleiterbauelement 510 an den Knoten 508 bereitgestellt wird. Der zweite Verstärker 540 stellt ein Steuersignal vom Ausgang 544 an das Gate 515 des Halbleiterbauelements 520 bereit, das das Halbleiterbauelement 520 steuert, um zu ermöglichen oder nicht zu ermöglichen, dass der Stromfluss 546 durch das Halbleiterbauelement 520 zu der Referenzspannung 252 gezogen wird.
  • In verschiedenen Beispielen wird eine Abnahme des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 über den Kondensator 512 mit dem Eingang 532 des ersten Verstärkers 530 gekoppelt. Im Allgemeinen rührt diese Abnahme des Spannungspegels von einem höheren Pegel des durch den Serienregler 210 fließenden Stroms her, was daher zu einem größeren Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 führt. In einigen Beispielen ist diese Spannungsabnahme am Ausgangsknoten 250 eine Folge davon, dass Rauschen nicht vollständig durch den Serienregler 210 entfernt wird und am Ausgangsknoten 250 ankommt. Als Antwort auf die Abnahme des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 ist der erste Verstärker 530 betreibbar, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, um das Gate 505 des Halbleiterbauelements 510 derart vorzuspannen, dass das Halbleiterbauelement 510 einen Stromfluss 536 ermöglicht oder anhebt, um einen Strom von der Versorgungsspannung 502 durch das Halbleiterbauelement 510 und zu dem Knoten 508 und daher dem Ausgangsknoten 250 zu liefern. Dieser Anstieg des Stromflusses an den Ausgangsknoten 250 stellt einen zusätzlichen Strom an die Last 224 bereit, der daher nicht von dem Serienregler 210 bereitgestellt werden muss, und vermindert daher den Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220 des Serienregler 210. Die Abnahme des Stromflusses durch das Halbleiterbauelement 220 verursacht, dass ein kleinerer Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 auftritt, wodurch der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Spannungspegel erhöht wird. In der Tat kann die Spannungsabnahme am Ausgangsknoten 250 ausgeglichen oder eliminiert werden, indem der Stromfluss 536 geliefert wird, wodurch eine bessere Spannungsregelung am Ausgangsknoten 250 bezüglich von Spannungsabnahmen bereitgestellt wird. In verschiedenen Beispielen sind der erste Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 betreibbar, um einen Betrag des Steuerstromflusses 536 auf der Grundlage einer über den Kondensator 512 empfangenen Rückkopplung zu steuern, um einen Strombetrag zu liefern, der benötigt wird, um die Abnahme des am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannungspegels gerade auszugleichen. Wenn keine Abnahme des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 vorhanden ist, sind der erste Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 betreibbar, um keinen Stromfluss an den Knoten 508 durch das Halbleiterbauelement 510 zu erlauben, und daher die Gesamtleistungsaufnahme, die durch den Abschnitt des Parallelreglers 501, der den ersten Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 umfasst, verbraucht wird, zu reduzieren. In verschiedenen Beispielen sind während Zeiten, wenn der erste Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 ermöglichen, dass ein Stromfluss 546 von der Versorgungsspannung 502 durch das Halbleiterbauelement 510 an den Knoten 508 geliefert wird, der zweite Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 betreibbar, um zu verhindern, dass jeglicher Stromfluss vom Knoten 508 durch das Halbleiterbauelement 520 gezogen wird, wodurch die Gesamtleistungsaufnahme, die durch den Abschnitt des Parallelreglers 501, der den zweiten Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 umfasst, verbraucht wird, reduziert wird.
  • In verschiedenen Beispielen wird ein Anstieg des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 über den Kondensator 512 mit dem Eingang 542 des zweiten Verstärkers 540 gekoppelt. Im Allgemeinen rührt dieser Anstieg des Spannungspegels von einem niedrigeren Pegel des durch den Serienregler 210 fließenden Stroms her, was daher zu einem kleineren Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 führt. In einigen Beispielen ist dieser Spannungsanstieg am Ausgangsknoten 250 eine Folge davon, dass Rauschen nicht vollständig durch den Serienregler 210 entfernt wird und am Ausgangsknoten 250 ankommt. Als Antwort auf den Anstieg des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 ist der zweite Verstärker 540 betreibbar, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, um das Gate 515 des Halbleiterbauelements 520 derart vorzuspannen, dass das Halbleiterbauelement 520 einen Stromfluss 546 ermöglicht oder anhebt, um einen Strom vom Knoten 508 und daher vom Ausgangsknoten 250 zu der Referenzspannung 252 zu ziehen. Dieser Anstieg des Stromflusses vom Ausgangsknoten 250 geschieht zusätzlich zu jeglichem an die Last 224 bereitgestellten Strom und erhöht daher den Stromfluss 217 über das Halbleiterbauelement 220 des Serienreglers 210. Der erhöhte Stromfluss 217 durch das Halbleiterbauelement 220 verursacht, dass ein größerer Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement 220 auftritt, wodurch der durch den Serienregler 210 am Ausgangsknoten 250 bereitgestellte Spannungspegel reduziert wird. In der Tat kann der Spannungsanstieg am Ausgangsknoten 250 ausgeglichen oder eliminiert werden, indem der Stromfluss 546 gezogen wird, wodurch eine bessere Spannungsregelung am Ausgangsknoten 250 bezüglich von Spannungsanstiegen bereitgestellt wird. In verschiedenen Beispielen sind der zweite Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 betreibbar, um den Betrag des Stromflusses 546 auf der Grundlage einer über den Kondensator 512 empfangenen Rückkopplung zu steuern, um einen Strombetrag zu ziehen, der benötigt wird, um den Anstieg des am Ausgangsknoten 250 bereitgestellten Spannungspegels gerade auszugleichen. Wenn kein Anstieg des Spannungspegels am Ausgangsknoten 250 vorhanden ist, sind der zweite Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 betreibbar, um keinen Stromfluss vom Knoten 508 durch das Halbleiterbauelement 520 zu erlauben, und daher die Gesamtleistungsaufnahme, die durch den Abschnitt des Parallelreglers 501, der den zweiten Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 umfasst, verbraucht wird, zu reduzieren. In verschiedenen Beispielen sind während Zeiten, wenn der zweite Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 ermöglichen, dass ein Stromfluss 546 vom Knoten 508 zu der Referenzspannung 252 gezogen wird, der erste Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 betreibbar, um jeglichen Stromfluss von der Versorgungsspannung 502 durch das Halbleiterbauelement 510 zu blockieren, wodurch die Gesamtleistungsaufnahme, die durch den Abschnitt des Parallelreglers 501, der den ersten Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 umfasst, verbraucht wird, reduziert wird.
  • In verschiedenen Beispielen sind, wenn keine Änderungen in Bezug auf den Spannungspegel am Ausgangsknoten 250 auftreten, sowohl der erste Verstärker 530 als auch der zweite Verstärker 540 betreibbar, um jeweils das Halbleiterbauelement 510 bzw. 520 zu steuern, so dass kein Strom an den Knoten 508 geliefert wird und kein Strom vom Knoten 508 gezogen wird. Daher stellt der Parallelregler 501, wenn er in Verbindung mit einem Serienregler, wie z.B. dem Serienregler 210, jedoch nicht darauf beschränkt, verwendet wird, eine Flexibilität und eine reduzierte Stromaufnahme bereit, wenn er als Parallelregler arbeitet.
  • Die Parallelreglerschaltungen, wie in 5 dargestellt, die den Parallelregler 501 umfassen, sind nicht auf bestimmte Schaltungen oder Arten von Bauelementen beschränkt. In verschiedenen Beispielen kann der Parallelregler, der in 5 allgemein mit der Klammer 550 gekennzeichnet ist und den zweiten Verstärker 540 und das Halbleiterbauelement 520 umfasst, den Parallelregler 230, wie in 2 dargestellt, oder den Spannungsregler 261, wie in 4A oder wie in 4B gezeigt, umfassen. In verschiedenen Beispielen kann der Parallelregler, der in 5 allgemein mit der Klammer 552 gekennzeichnet ist und den ersten Verstärker 530 und das Halbleiterbauelement 510 umfasst, den Spannungsregler 230A, wie in 2 dargestellt, oder den Spannungsregler 261A, wie in 4C oder wie in 4D gezeigt, umfassen. In verschiedenen Beispielen sind die Halbleiterbauelemente 510 und 520 ein Bauelement desselben Typs, z.B. sind beide P-Kanal-Halbleiterbauelemente oder beide sind N-Kanal-Halbleiterbauelemente. In anderen Beispielen ist das Halbleiterbauelement 510 ein Typ von Halbleiterbauelement (P- oder N-Kanal) und das Halbleiterbauelement 520 ist der andere Typ von Halbleiterbauelement.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das Beispielverfahren 600 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Obwohl sie unter Bezugnahme auf die Spannungsregler 200, 401, 402, 403, 404 und 500, die jeweils unter Bezugnahme auf 2, 4A bis D bzw. 5 veranschaulicht und beschrieben wurden, besprochen werden, sind die Beispielverfahren 600 nicht auf die unter Bezugnahme auf diese Spannungsregler und Figuren dargestellten Beispielimplementierungen beschränkt.
  • Wie in dem Beispielverfahren von 6 dargestellt, empfängt ein Spannungsregler 200 eine Versorgungsspannung an einem Eingang eines Serienreglers 210 (Block 602). Der Spannungsregler 200 regelt einen Spannungsabfall über einem Halbleiterbauelement 220, um eine geregelte Spannungsausgabe an einem Ausgangsknoten 250 des Serienreglers 210 bereitzustellen (Block 604). Der Spannungsregler 200 empfängt ein Anzeichen einer Spannungsschwankung der geregelten Spannungsausgabe (Block 606). Als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe zieht der Spannungsregler 200 einen solchen Strombetrag von der Spannungsausgabe über einen Parallelspannungsregler, der die Spannungsschwankung am Spannungsausgang ausgleicht (Block 608).
  • Der Spannungsregler 200 umfasst ein Empfangen des Anzeichens einer Spannungsschwankung an dem Parallelregler 230 über einen Kondensator 232. Beim Ziehen des Stroms von dem Ausgangsknoten 250 über den Parallelregler 230 empfängt der Spannungsregler 200 ein Eingangssignal, das die Schwankung des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, erzeugt ein Ausgangssignal auf der Grundlage des Eingangssignals, spannt ein Gate eines Halbleiterbauelements unter Verwendung des Ausgangssignals vor, um zu ermöglichen, dass ein Strombetrag, der von dem Spannungsausgang gezogen wird, durch das Halbleiterbauelement fließt. In verschiedenen Beispielen erzeugt der Spannungsregler 200 einen Referenzspannungspegel und stellt den Referenzspannungspegel an das Gate des Halbleiterbauelements bereit, um das Halbleiterbauelement vorzuspannen.
  • In verschiedenen Beispielen stellt einer der Spannungsregler 401, 402, 403 oder 404 den Referenzspannungspegel an das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 bereit, indem der Referenzspannungspegel durch ein Tiefpassfilter 270 gefiltert wird. In verschiedenen Beispielen stellt der Spannungsregler den Referenzspannungspegel an das Gate 238 des Halbleiterbauelements 240 bereit, um das Halbleiterbauelement vorzuspannen, indem die Vorspannung auf einen Schwellenspannungspegel für das Halbleiterbauelement eingestellt wird. In verschiedenen Beispielen zieht der Spannungsregler 501 einen Strom 546 vom Ausgangsknoten 250 als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, wenn die Schwankung der geregelten Ausgabe einen Anstieg der geregelten Ausgangsspannung umfasst, und liefert einen Strom 536 an die Spannungsausgabe als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, wenn die Schwankung der geregelten Ausgabe eine Abnahme der geregelten Ausgangsspannung umfasst.
  • Die hier beschriebenen Techniken können in einer Hardware, einer Firmware oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Jegliche Merkmale, die als Module, Einheiten, Schaltungen, Bauelemente oder Komponenten beschrieben werden, können zusammen in einer integrierten Logikvorrichtung oder getrennt als diskrete aber kompatible Logikvorrichtungen implementiert werden. In manchen Fällen können verschiedene Merkmale als eine integrierte Schaltungsvorrichtung, wie z.B. ein integrierter Schaltungschip oder Chipsatz, implementiert werden. Bei Implementierung in einer Software können die Techniken zumindest teilweise durch ein computerlesbares Speichermedium umgesetzt werden, das Befehle umfasst, welche bei ihrer Ausführung einen Prozessor dazu veranlassen, eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Techniken durchzuführen.
  • Ein Halbleiter oder ein Halbleiterbauelement, wie hier beschriebene, bezeichnet im Allgemeinen einen Transistor (Vorrichtung mit 3 Anschlüssen), wie ein Durchschnittsfachmann verstehen würde. Ein Halbleiter oder ein Halbleiterbauelement, wie hier verwendet, ist nicht auf einen bestimmten Typ eines Transistors beschränkt, und ein beliebiger Transistor, der betreibbar ist, um die Funktionen der hier beschriebenen Halbleiterbauelemente bereitzustellen, und die Äquivalente davon können in diesen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden. In verschiedenen Beispielen bezieht sich ein Halbleiter oder ein Halbleiterbauelement, wie hier verwendet, auf ein Metalloxid-Halbleiter-Bauelement (MOS-Bauelement), ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor-Bauelement (MOSFET-Bauelement), oder auf ein komplementäres Metalloxid-Halbleiter-Bauelement (CMOS-Bauelement). Ein Verstärker, wie hier verwendet, ist nicht auf einen bestimmten Typ von Verstärker beschränkt, und ein beliebiger Verstärker, der betreibbar ist, um die Funktionen des (der) hier beschriebenen Verstärker(s) bereitzustellen, und die Äquivalente davon, können in diesen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden. In einigen Beispielen wird ein „Verstärker“, wie hier beschrieben, als eine integrierte Schaltung implementiert. In einigen Beispielen ist ein „Verstärker“, wie hier beschrieben, ein Operationsverstärker. In verschiedenen Beispielen wird eine Vielzahl von Verstärkern, wie hier beschrieben, für einen gegebenen Spannungsregler auf einer gemeinsamen integrierten Schaltung gefertigt, um eine Anpassung der Leistungscharakteristiken zwischen den Verstärkern zu fördern.
  • In verschiedenen Beispielen bezieht sich die Verwendung des Begriffs „gekoppelt“ oder „Kopplung“ auf eine direkte Kopplung zwischen einer Anschlussleitung oder Anschlüssen einer Vorrichtung oder einer elektrischen Komponente durch einen Leiter ohne Zwischenvorrichtungen oder dazwischenliegende elektrische Komponenten, wie ein Durchschnittsfachmann verstehen würde. In verschiedenen Beispielen bezieht sich die Verwendung des Begriffs „gekoppelt“ oder „Kopplung“ auf eine elektrische Kopplung von Vorrichtungen oder elektrischen Komponenten, die eine Kopplung über eine oder mehrere Zwischenvorrichtungen oder andere elektrische Komponenten umfassen kann, wie ein Durchschnittsfachmann verstehen würde.
  • Die folgenden Beispiele beschreiben einen oder mehrere Aspekte der vorliegenden Anmeldung.
  • Beispiel 1. Schaltung, umfassend: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Reihenspannungsregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel an dem Spannungsausgang bereitzustellen; und einen Parallelspannungsregler, der ein zweites Halbleiterbauelement umfasst, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Parallelspannungsregler betreibbar ist, um eine Schwankung eines am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und einen Strom von dem Spannungsausgang über das Halbleiterbauelement zu ziehen, wobei ein Strombetrag des gezogenen Stroms ausgelegt ist, um die Änderung des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  • Beispiel 2. Schaltung nach Beispiel 1, wobei der Parallelspannungsregler über einen Kondensator mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist.
  • Beispiel 3. Schaltung nach einem der Beispiele 1 oder 2, wobei der Parallelspannungsregler ferner umfasst: einen Verstärker, der einen ersten Eingang, der mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit einem Gate des zweiten Halbleiterbauelements gekoppelt ist, umfasst, wobei der Verstärker betreibbar ist, um ein Eingangssignal am Eingang zu empfangen, das den Pegel einer Schwankung des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, und ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches, wenn es an das Gate des zweiten Halbleiterbauelements bereitgestellt wird, ermöglicht, dass der Strombetrag von dem Spannungsausgang gezogen wird, der ausgelegt ist, um die Änderung des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  • Beispiel 4. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 3, wobei der Parallelspannungsregler ferner umfasst: einen vorspannenden Verstärker, der mit dem Verstärker gekoppelt ist, wobei der vorspannende Verstärker betreibbar ist, um einen Referenzspannungspegel zu erzeugen, und den Referenzspannungspegel an einen zweiten Eingang des Verstärkers bereitzustellen, wobei der Verstärker betreibbar ist, um den Referenzspannungspegel an das Gate des zweiten Halbleiterbauelements bereitzustellen, um eine Gleichspannungs-Vorspannung an das zweite Halbleiterbauelement bereitzustellen.
  • Beispiel 5. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 4, ferner umfassend: ein Tiefpassfilter, das mit einem Ausgang des vorspannenden Verstärkers gekoppelt ist, wobei das Tiefpassfilter betreibbar ist, um eine Tiefpassfilterung für durch den vorspannenden Verstärker erzeugten Referenzspannungspegel bereitzustellen.
  • Beispiel 6. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 5, wobei die Gleichspannungs-Vorspannung auf einen Schwellenspannungspegel für das zweite Halbleiterbauelement eingestellt ist.
  • Beispiel 7. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 6, wobei der Spannungsausgang betreibbar ist, um mit einer oder mehreren Lasten gekoppelt zu werden, und wobei, wenn ein Laststrom von 1 Ampere bei 3,3 Volt an die eine oder die mehreren Lasten bereitgestellt wird, der Strombetrag, der von dem Spannungsausgang durch das Halbleiterbauelement gezogen wird, 5 Milliampere nicht übersteigt.
  • Beispiel 8. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei die Schaltung betreibbar ist, um die Versorgungsspannung von einem Gleichspannungs-Schaltleistungswandler zu empfangen.
  • Beispiel 9. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 8, wobei der Reihenspannungsregler ein Spannungsregler mit einem niedrigen Spannungsabfall ist.
  • Beispiel 10. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Schaltung eine Effizienz von mindestens 82 Prozent aufweist.
  • Beispiel 11. Schaltung nach einem der Beispiele 1 bis 10, wobei das Halbleiterbauelement ein Metalloxid-Halbleiterbauelement umfasst.
  • Beispiel 12. Verfahren, umfassend: Empfangen einer Versorgungsspannung an einem Eingang eines Reihenspannungsreglers; Regeln eines Spannungsabfalls über einem Halbleiterbauelement, um eine geregelte Spannungsausgabe an einem Spannungsausgang des Reihenspannungsreglers bereitzustellen; Empfangen eines Anzeichens einer Spannungsschwankung der geregelten Spannungsausgabe; und als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, Ziehen eines solchen Strombetrags von dem Spannungsausgang über einen Parallelspannungsregler, der die Spannungsschwankung am Spannungsausgang ausgleicht.
  • Beispiel 13. Verfahren nach Beispiel 12, wobei das Empfangen des Anzeichens einer Spannungsschwankung ein Koppeln der geregelten Spannungsausgabe an den Parallelspannungsregler über einen Kondensator umfasst.
  • Beispiel 14. Verfahren nach einem der Beispiele 12 oder 13, wobei das Ziehen des Stroms von dem Spannungsausgang über den Parallelregler umfasst: Empfangen eines Eingangssignals, das die Schwankung des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt; Erzeugen eines Ausgangssignals auf der Grundlage des Eingangssignals; und Vorspannen eines Gates eines Halbleiterbauelements unter Verwendung des Ausgangssignals, um zu ermöglichen, dass der Strombetrag, der vom Spannungsausgang gezogen wird, durch das Halbleiterbauelement fließt.
  • Beispiel 15. Verfahren nach einem der Beispiele 12 bis 14, ferner umfassend: Erzeugen eines Referenzspannungspegels; und Bereitstellen des Referenzspannungspegels an das Gate des Halbleiterbauelements, um das Halbleiterbauelement vorzuspannen.
  • Beispiel 16. Verfahren nach einem der Beispiele 12 bis 15, wobei das Bereitstellen des Referenzspannungspegels an das Gate des Halbleiterbauelements ein Filtern des Referenzspannungspegels durch ein Tiefpassfilter umfasst.
  • Beispiel 17. Verfahren nach einem der Beispiele 12 bis 16, wobei das Bereitstellen des Referenzspannungspegels an das Gate des Halbleiterbauelements, um das Halbleiterbauelement vorzuspannen, ein Einstellen der Vorspannung auf einen Schwellenspannungspegel für das Halbleiterbauelement umfasst.
  • Beispiel 18. Verfahren nach einem der Beispiele 12 bis 17, ferner umfassend: Ziehen eines Stroms von dem Spannungsausgang als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, wenn die Schwankung der geregelten Ausgabe einen Anstieg der geregelten Ausgangsspannung umfasst; und Liefern eines Stroms an den Spannungsausgang als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, wenn die Schwankung der geregelten Ausgabe eine Abnahme der geregelten Ausgangsspannung umfasst.
  • Beispiel 19. Schaltung, umfassend: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Reihenspannungsregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel am Spannungsausgang bereitzustellen; und einen Parallelregler, der ein zweites Halbleiterbauelement, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, und ein drittes Halbleiterbauelement, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, umfasst, wobei der Parallelregler betreibbar ist, um einen Anstieg des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und als Antwort auf den Anstieg des Spannungspegels einen ersten Strombetrag an den Spannungsausgang über das Halbleiterbauelement zu liefern, wobei der erste Strombetrag ausgelegt ist, um den Anstieg des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen, und wobei der Parallelregler betreibbar ist, um eine Abnahme des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und als Antwort auf die Abnahme des Spannungspegels einen zweiten Strombetrag von dem Spannungsausgang über das dritte Halbleiterbauelement zu ziehen, wobei der zweite Strombetrag ausgelegt ist, um die Abnahme des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  • Beispiel 20. Schaltung nach Beispiel 19, wobei der Parallelregler ferner umfasst: einen ersten Verstärker, der mit einem Gate des zweiten Halbleiterbauelements gekoppelt ist, wobei der erste Verstärker betreibbar ist, um ein Signal zu empfangen, das die Abnahme des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, und eine Ausgabe an das Gate des zweiten Halbleiterbauelements bereitzustellen, um das zweite Halbleiterbauelement derart zu regeln, dass der erste Strombetrag durch das zweite Halbleiterbauelement fließt und an den Spannungsausgang geliefert wird; und einen zweiten Verstärker, der mit einem Gate des dritten Halbleiterbauelements gekoppelt ist, wobei der zweite Verstärker betreibbar ist, um ein Signal zu empfangen, das den Anstieg des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, und eine Ausgabe an das Gate des dritten Halbleiterbauelements bereitzustellen, um das dritte Halbleiterbauelement derart zu regeln, dass der zweite Strombetrag durch das dritte Halbleiterbauelement fließt und vom Spannungsausgang gezogen wird.
  • Verschiedene Beispiele wurden beschrieben. Diese und andere Beispiele liegen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims (20)

  1. Schaltung, umfassend: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Reihenspannungsregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel am Spannungsausgang bereitzustellen, und einen Parallelspannungsregler, der ein zweites Halbleiterbauelement umfasst, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Parallelspannungsregler betreibbar ist, um eine Schwankung eines an dem Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und einen Strom von dem Spannungsausgang über das Halbleiterbauelement zu ziehen, wobei ein Strombetrag des gezogenen Stroms ausgelegt ist, um die Änderung des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Parallelspannungsregler über einen Kondensator mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist.
  3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Parallelspannungsregler ferner umfasst: einen Verstärker, der einen ersten Eingang, der mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit einem Gate des zweiten Halbleiterbauelements gekoppelt ist, umfasst, wobei der Verstärker betreibbar ist, um ein Eingangssignal am Eingang zu empfangen, das den Schwankungspegel des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das, wenn es an das Gate des zweiten Halbleiterbauelements bereitgestellt wird, ermöglicht, dass der Strombetrag von dem Spannungsausgang gezogen wird, der ausgelegt ist, um die Änderung des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  4. Schaltung nach Anspruch 3, wobei der Parallelspannungsregler ferner umfasst: einen vorspannenden Verstärker, der mit dem Verstärker gekoppelt ist, wobei der vorspannende Verstärker betreibbar ist, um einen Referenzspannungspegel zu erzeugen und den Referenzspannungspegel an einen zweiten Eingang des Verstärkers bereitzustellen, wobei der Verstärker betreibbar ist, um den Referenzspannungspegel an das Gate des zweiten Halbleiterbauelements bereitzustellen, um eine Gleichspannungs-Vorspannung an das zweite Halbleiterbauelement bereitzustellen.
  5. Schaltung nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein Tiefpassfilter, das mit einem Ausgang des vorspannenden Verstärkers gekoppelt ist, wobei das Tiefpassfilter betreibbar ist, um eine Tiefpassfilterung für den durch den vorspannenden Verstärker erzeugten Referenzspannungspegel bereitzustellen.
  6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Gleichspannungs-Vorspannung auf einen Schwellenspannungspegel für das zweite Halbleiterbauelement eingestellt ist.
  7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Spannungsausgang betreibbar ist, um mit einer oder mehreren Lasten gekoppelt zu werden, und wobei, wenn ein Laststrom von 1 Ampere bei 3,3 Volt an die eine oder die mehreren Lasten bereitgestellt wird, der von dem Spannungsausgang durch das Halbleiterbauelement gezogene Strombetrag 5 Milliampere nicht übersteigt.
  8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Schaltung betreibbar ist, um die Versorgungsspannung von einem Gleichspannungs-Schaltleistungswandler zu empfangen.
  9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Reihenspannungsregler ein Spannungsregler mit einem niedrigen Spannungsabfall ist.
  10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Schaltung eine Effizienz von mindestens 82 Prozent aufweist.
  11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Halbleiterbauelement ein Metalloxid-Halbleiterbauelement umfasst.
  12. Verfahren, umfassend: Empfangen einer Versorgungsspannung an einem Eingang eines Reihenspannungsreglers, Regeln eines Spannungsabfalls über einem Halbleiterbauelement, um eine geregelte Spannungsausgabe an einem Spannungsausgang des Reihenspannungsreglers bereitzustellen, Empfangen eines Anzeichens einer Spannungsschwankung der geregelten Spannungsausgabe, und als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, Ziehen eines Stroms von dem Spannungsausgang über einen Parallelspannungsregler mit einem Betrag, der die Spannungsschwankung am Spannungsausgang ausgleicht.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Empfangen des Anzeichens einer Spannungsschwankung ein Koppeln der geregelten Spannungsausgabe an den Parallelspannungsregler über einen Kondensator umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Ziehen des Stroms von dem Spannungsausgang über den Parallelspannungsregler umfasst: Empfangen eines Eingangssignals, das die Schwankung des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, Erzeugen eines Ausgangssignals auf der Grundlage des Eingangssignals, und Vorspannen eines Gates des Halbleiterbauelements unter Verwendung des Ausgangssignals, um zu ermöglichen, dass ein Strombetrag, der von dem Spannungsausgang gezogen wird, durch das Halbleiterbauelement fließt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Erzeugen eines Referenzspannungspegels, und Bereitstellen des Referenzspannungspegels an das Gate des Halbleiterbauelements, um das Halbleiterbauelement vorzuspannen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bereitstellen des Referenzspannungspegels an das Gate des Halbleiterbauelements ein Filtern des Referenzspannungspegels durch ein Tiefpassfilter umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Bereitstellen des Referenzspannungspegels an das Gate des Halbleiterbauelements, um das Halbleiterbauelement vorzuspannen, ein Einstellen der Vorspannung auf einen Schwellenspannungspegel für das Halbleiterbauelement umfasst.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12–17, ferner umfassend: Ziehen eines Stroms von dem Spannungsausgang als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, wenn die Schwankung der geregelten Ausgabe einen Anstieg der geregelten Ausgangsspannung umfasst, und Liefern eines Stroms an den Spannungsausgang als Antwort auf die Schwankung der geregelten Spannungsausgabe, wenn die Schwankung der geregelten Ausgabe eine Abnahme der geregelten Ausgangsspannung umfasst.
  19. Schaltung, umfassend: einen Reihenspannungsregler, der ein erstes Halbleiterbauelement umfasst, das in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung und einem Spannungsausgang gekoppelt ist, wobei der Reihenspannungsregler betreibbar ist, um einen Spannungspegel von der Versorgungsspannung zu empfangen und einen geregelten Spannungspegel an dem Spannungsausgang bereitzustellen, und einen Parallelregler, der ein zweites Halbleiterbauelement, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, und ein drittes Halbleiterbauelement, das mit dem Spannungsausgang gekoppelt ist, umfasst, wobei der Parallelregler betreibbar ist, um eine Abnahme des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und als Antwort auf die Abnahme des Spannungspegels einen ersten Strombetrag an den Spannungsausgang über das zweite Halbleiterbauelement zu liefern, wobei der erste Strombetrag ausgelegt ist, um die Abnahme des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen, und wobei der Parallelregler betreibbar ist, um einen Anstieg des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels zu detektieren und als Antwort auf den Anstieg des Spannungspegels einen zweiten Strombetrag von dem Spannungsausgang über das dritte Halbleiterbauelement zu ziehen, wobei der zweite Strombetrag ausgelegt ist, um den Anstieg des Spannungspegels am Spannungsausgang auszugleichen.
  20. Schaltung nach Anspruch 19, wobei Parallelregler ferner umfasst: einen ersten Verstärker, der mit einem Gate des zweiten Halbleiterbauelements gekoppelt ist, wobei der erste Verstärker betreibbar ist, um ein Signal zu empfangen, das die Abnahme des an dem Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, und eine Ausgabe an das Gate des zweiten Halbleiterbauelements bereitzustellen, um das zweite Halbleiterbauelement derart zu regeln, dass der erste Strombetrag durch das zweite Halbleiterbauelement fließt und an den Spannungsausgang geliefert wird, und einen zweiten Verstärker, der mit einem Gate des dritten Halbleiterbauelements gekoppelt ist, wobei der zweite Verstärker betreibbar ist, um ein Signal zu empfangen, das den Anstieg des am Spannungsausgang bereitgestellten Spannungspegels anzeigt, und eine Ausgabe an das Gate des dritten Halbleiterbauelements bereitzustellen, um das dritte Halbleiterbauelement derart zu regeln, dass der zweite Strombetrag durch das dritte Halbleiterbauelement fließt und vom Spannungsausgang gezogen wird.
DE102017113718.1A 2016-06-21 2017-06-21 Linearer Spannungsregler Ceased DE102017113718A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/188,855 2016-06-21
US15/188,855 US20170364111A1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Linear voltage regulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017113718A1 true DE102017113718A1 (de) 2017-12-21

Family

ID=60481513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017113718.1A Ceased DE102017113718A1 (de) 2016-06-21 2017-06-21 Linearer Spannungsregler

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20170364111A1 (de)
CN (1) CN107526385B (de)
DE (1) DE102017113718A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190304899A1 (en) * 2018-04-03 2019-10-03 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Methods and systems for supply noise suppression in systems-on-chip
CN109445507B (zh) * 2018-11-23 2023-12-22 天津三源兴泰微电子技术有限公司 一种宽频率内高电源抑制比的带隙基准电路
US10990117B2 (en) * 2019-09-05 2021-04-27 Qualcomm Incorporated P-type metal-oxide-semiconductor (PMOS) low drop-out (LDO) regulator
US10866607B1 (en) 2019-12-17 2020-12-15 Analog Devices International Unlimited Company Voltage regulator circuit with correction loop
US11526186B2 (en) * 2020-01-09 2022-12-13 Mediatek Inc. Reconfigurable series-shunt LDO
DE102020129614B3 (de) * 2020-11-10 2021-11-11 Infineon Technologies Ag Spannungsregelschaltkreis und Verfahren zum Betreiben eines Spannungsregelschaltkreises
US11687104B2 (en) * 2021-03-25 2023-06-27 Qualcomm Incorporated Power supply rejection enhancer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320363B1 (en) * 1999-12-17 2001-11-20 Motorola, Inc. Voltage regulator with improved transient response
FR2872305B1 (fr) * 2004-06-24 2006-09-22 St Microelectronics Sa Procede de controle du fonctionnement d'un regulateur a faible chute de tension et circuit integre correspondant
US8564256B2 (en) * 2009-11-18 2013-10-22 Silicon Laboratories, Inc. Circuit devices and methods of providing a regulated power supply
CN102830741B (zh) * 2012-09-03 2014-03-05 电子科技大学 双环路低压差线性稳压器
CN104460807B (zh) * 2014-12-23 2015-12-30 电子科技大学 一种集成自适应基准缓冲器的低压差线性稳压器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107526385A (zh) 2017-12-29
CN107526385B (zh) 2019-06-25
US20170364111A1 (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017113718A1 (de) Linearer Spannungsregler
DE102008012392B4 (de) Technik zur Verbesserung des Spannungsabfalls in Reglern mit geringem Spannungsabfall durch Einstellen der Aussteuerung
DE102015216493B4 (de) Linearer Regler mit verbesserter Stabilität
DE60225124T2 (de) Regelungseinrichtung mit kleiner Verlustspannung, mit großem Lastbereich und schneller innerer Regelschleife
DE69929033T2 (de) Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verwendbar als Batterieladegerät und Ladeverfahren zum Aufladen einer Batterie
DE102015204021B4 (de) Dynamische Strombegrenzungsschaltung
DE102016213987B4 (de) Schnellübergangs-Schaltumsetzer mit Typ-III-Kompensation
DE69626991T2 (de) Leistungstransistorsteuerschaltung für Spannungsregler
DE102010000498A1 (de) Frequenzkompensationsmethode zum Stabilisieren eines Reglers unter Verwendung eines externen Transistors in einer Hochspannungsdomäne
DE102017202807B4 (de) Spannungsregulierer mit verbesserter Treiberstufe
DE102013207939A1 (de) Low-Drop-Spannungsregler
DE60017049T2 (de) Linearer Regler mit niedrigem Reihenspannungsabfall
DE102014119097B4 (de) Spannungsregler mit schneller übergangsreaktion
DE102012100146A1 (de) Spannungsregler
DE102017212354B4 (de) Niederohmiger Lastschalter mit Ausgangsstromstärkesteuerung
DE102017205957B4 (de) Schaltung und verfahren zur ruhestromsteuerung in spannungsreglern
DE102007020999A1 (de) Ladungspumpe zur Erzeugung einer Eingangsspannung für einen Operationsverstärker
DE102015226525A1 (de) Schaltung und Verfahren für eine maximale Arbeitszyklus-Begrenzung in Schaltwandlern
DE102014212502B4 (de) Überspannungskompensation für einen Spannungsreglerausgang
DE102015226526A1 (de) Hocheffizienz-DC-zu-DC-Wandler mit adaptiver Ausgangsstufe
DE102013106744A1 (de) Spannungsregelschaltung
DE102016204571B4 (de) Ladungsinjektion zur ultraschnellen spannungssteuerung in spannungsregler
DE102022205548A1 (de) Halbleiterbauelement und schaltnetzteil
DE102016207714B4 (de) Spannungsregler mit Stromstärkeverringerungsmodus und entsprechendes Verfahren
DE102016201171B4 (de) Anpassbare Verstärkungssteuerung für Spannungsregler

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final