DE102017201705B4

DE102017201705B4 - Spannungsregler mit Ausgangskondensatormessung

Info

Publication number: DE102017201705B4
Application number: DE102017201705.8A
Authority: DE
Inventors: Ambreesh Bhattad; Frank Kronmüller; Hande Kurnaz
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: US10203710B2; US20180217623A1; DE102017201705A1

Abstract

Spannungsregler (100), der konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom (601) mit einer Ausgangsspannung (611) an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers (100) bereitzustellen, wobei der Spannungsregler (100) umfasst:
eine Ausgangsverstärkungsstufe (103) zum Erzeugen des Ausgangsstroms (601) an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung;
eine Differenzverstärkungsstufe (150), die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (611) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) zu bestimmen; und
eine Anpassungseinheit (200), die konfiguriert ist:
eine Verstärkung des Spannungsreglers (100) anzupassen, um eine Oszillation der Ausgangsspannung (611) des Spannungsreglers (100) zu verursachen;
eine Frequenzinformation über eine Frequenz der Oszillation zu bestimmen;
basierend auf der Frequenzinformation eine Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert (160) eines Ausgangskondensators (105), der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) gekoppelt ist, zu bestimmen; und
die Differenzverstärkungsstufe (150) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation anzupassen.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf einen Spannungsregler. Insbesondere bezieht sich das vorliegende Dokument auf einen leistungseffizienten Spannungsregler, der für einen großen Bereich von Ausgangskondensatoren verwendbar ist.
Hintergrund
Spannungsregler werden häufig zum Bereitstellen eines Laststroms bei einer stabilen Lastspannung für unterschiedliche Typen von Lasten (z. B. für die Prozessoren einer elektronischen Vorrichtung) verwendet. Ein Spannungsregler leitet den Laststrom von einem Eingangsknoten des Reglers ab, während er die Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten des Reglers in Übereinstimmung mit einer Referenzspannung reguliert.
Linearregler können auch als Dreianschlussregler bezeichnet sein. Die drei Hauptanschlüsse eines Linearreglers können als (1) Eingangsanschluss, der mit einer nicht regulierten Eingangsspannungsquelle verbunden ist, (2) Ausgangsanschluss, der eine regulierte Ausgangsspannungsquelle bereitstellt, und (3) Masse beschrieben sein. Die Steuerungsschaltungsanordnung eines Linearreglers (hier auch als eine Differenzverstärkereinheit bezeichnet), die typischerweise Rückkopplung, Kompensation und Spannungsregulierung enthält, kann einen oder mehrere Verstärker, einen Miller-Kondensator und eine Stromquelle enthalten. Die Steuerungsschaltungsanordnung definiert die Betriebsbedingungen und Systemleistung eines Linearreglers. Die dynamische Lastleistung, die Schleifenstabilität und der interne Leistungsbedarf ohne Last oder bei geringer Last (gegeben durch den Ruhestrom I_Q mal der Eingangsspannung) sind Beispiele für Betriebsparameter, die von der Einstellung und/oder der Konstruktion der Steuerungsschaltungsanordnung abhängen.
Der Linearregler wird typischerweise zusammen mit einem Ausgangkondensator verwendet, der extern zu der Linearreglervorrichtung ist und der typischerweise durch einen Konstrukteur des Systems für die Anwendung ausgewählt wird, für die der Linearregler verwendet wird. Die feste Steuerungsschaltungsanordnung eines Linearreglers ist typischerweise so konstruiert, dass sie zu unterschiedlichen Ausgangskondensatoren passt. Die Leistungsfähigkeit eines Linearreglers (insbesondere der Leistungsbedarf eines Linearreglers) ist typischerweise für die unterschiedlichen Ausgangkondensatoren nicht optimal. US 2014 / 0 247 028 A1 beschreibt einen Linearregler, bei dem eine interne Verstärkung in Abhängigkeit von der Kapazität des Ausgangskondensators angepasst wird. US 2013 / 0 069 608 A1 beschreibt einen Linearregler, bei dem die Kapazität eines Miller Kondensators in Abhängigkeit von der Kapazität des Ausgangskondensators angepasst wird. US 2009 / 0 237 048 A1 beschreibt einen Linearregler mit Frequenzkompensation. US 2015 / 0 061 621 A1 beschreibt einen Linearregler mit einer Stromkontroll-Schleife.
Das vorliegende Dokument adressiert das technische Problem zum Bereitstellen eines Spannungsreglers, der einen optimierten Leistungsbedarf für Ausgangskondensatoren, die verschiedene unterschiedliche Kapazitätswerte aufweisen, zeigt.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt wird ein Regler (insbesondere ein Spannungsregler wie z. B. ein Linearausfallregler) beschrieben. Der Regler ist konfiguriert, an einem Ausgangsknoten des Reglers einen Ausgangsstrom (hier als I_OUT bezeichnet) mit einer Ausgangsspannung (hier als V_OUT bezeichnet) bereitzustellen. Der Ausgangsknoten des Reglers kann mit einer Last (z. B. mit einem Prozessor) gekoppelt sein, die unter Verwendung des Laststroms betrieben werden soll. Der Ausgangsstrom wird von einer Eingangsspannung (hier als V_IN bezeichnet) an einem Eingangsknoten des Reglers abgeleitet.
Der Regler (insbesondere der Spannungsregler) umfasst typischerweise eine Ausgangsverstärkungsstufe. Die Ausgangsverstärkungsstufe kann einen Durchgangstransistor (z. B. eine Metalloxidhalbleiter-Transistor vom p-Typ) zum Erzeugen des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten des Reglers umfassen. Der Eingangsknoten kann einer Source des Durchgangstransistors entsprechen, und der Ausgangsknoten kann einem Drain des Durchgangstransistors entsprechen. Darüber hinaus kann die Ausgangsverstärkungsstufe eine Treiberstufe umfassen, die konfiguriert ist, eine Gate-Spannung eines Gate des Durchgangstransistors basierend auf einer Ansteuerspannung einzustellen. Die Treiberstufe kann einen Ansteuertransistor (z. B. ein NMOS-Transistor) umfassen, der ein Gate aufweist, das mit dem Gate des Durchgangstransistors gekoppelt ist, eine Source aufweist, die mit der Source des Durchgangstransistors gekoppelt ist, und einen Drain aufweist, der mit dem Gate des Ansteuertransistors gekoppelt ist. Somit können der Ansteuertransistor und der Durchgangstransistor einen Stromspiegel bilden.
Darüber hinaus umfasst der Spannungsregler eine Differenzverstärkungseinheit (auch als Steuerungsschaltungsanordnung bezeichnet), die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung zu bestimmen. Insbesondere kann die Differenzverstärkungseinheit konfiguriert sein, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer Rückkopplungsspannung (die proportional zu der Ausgangsspannung ist) und der Referenzspannung zu bestimmen.
Der Spannungsregler umfasst ferner eine Anpassungseinheit, die konfiguriert ist, eine Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert eines Ausgangskondensators, der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers gekoppelt ist, zu bestimmen. Der Ausgangskondensator kann zwischen dem Ausgangsknoten und Masse angeordnet sein. Die Kapazitätsinformation kann dem Kapazitätswert des Ausgangskondensators entsprechen oder gleich ihm sein. Die Anpassungseinheit ist ferner konfiguriert, den Spannungsregler, insbesondere die Differenzverstärkungsstufe des Spannungsreglers, in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation anzupassen. Die Kapazitätsinformation kann in der Anlaufphase eines Spannungsreglers bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Anpassung des Reglers und/oder der Differenzverstärkungsstufe während der Anlaufphase des Spannungsreglers ausgeführt werden. Dadurch kann der Spannungsregler automatisch an unterschiedliche Typen von Ausgangskondensatoren angepasst werden. Das erlaubt das Erweitern des Anwendungsbereichs des Spannungsreglers. Darüber hinaus erlaubt es das Erhöhen der Leistungseffizienz des Spannungsreglers.
Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, einen Ruhestrom des Spannungsreglers in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation anzupassen. Der Ruhestrom eines Spannungsreglers entspricht typischerweise einer Differenz zwischen dem Eingangsstrom an dem Eingangsknoten des Spannungsreglers und dem Ausgangsstrom an dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers. Alternativ oder zusätzlich entspricht der Ruhestrom dem Eingangsstrom zu dem Spannungsregler, wenn kein Ausgangsstrom an dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers bereitgestellt ist. Somit kann der Ruhestrom interne Verluste des Spannungsreglers angeben. Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, den Regler (insbesondere die Differenzverstärkungseinheit) anzupassen, so dass der Ruhestrom reduziert ist, falls ein Ausgangskondensator, der einen erhöhten Kapazitätswert aufweist, detektiert wird. Andererseits kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, den Regler (insbesondere die Differenzverstärkungseinheit) anzupassen, so dass der Ruhestrom erhöht ist, falls ein Ausgangskondensator, der einen reduzierten Kapazitätswert aufweist, detektiert wird. Dadurch kann der Spannungsregler auf eine leistungseffiziente Weise mit einem weiten Bereich von Ausgangskondensatoren verwendet werden.
Der Spannungsregler, insbesondere die Differenzverstärkungsstufe, kann eine oder mehrere einstellbare Komponenten enthalten, die die Bandbreite und/oder die Schleifengeschwindigkeit des Linearreglers beeinflussen. Mit anderen Worten kann durch Einstellen der einen oder mehreren Komponenten die Bandbreite und/oder die Schleifengeschwindigkeit des Linearreglers eingestellt werden. Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, eine oder mehrere einstellbare Komponenten in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation einzustellen, und ermöglicht dadurch einen leistungseffizienten und stabilen Betrieb des Spannungsreglers für einen weiten Bereich von Ausgangskondensatoren. Insbesondere kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, die Bandbreite des Spannungsreglers zu erhöhen, falls die Kapazitätsinformation eine Reduktion des Kapazitätswerts des Ausgangskondensators angibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, die Bandbreite des Spannungsreglers zu verringern, falls die Kapazitätsinformation einen Anstieg des Kapazitätswerts des Ausgangskondensators angibt.
Die Differenzverstärkungsstufe kann einen Miller-Kondensator mit einer einstellbaren Kapazität umfassen. Insbesondere kann die Differenzverstärkungsstufe eine erste Verstärkungsstufe umfassen, die konfiguriert ist, eine Zwischenspannung an einem Zwischenknoten in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und in Abhängigkeit von der Referenzspannung zu bestimmen. Darüber hinaus kann die Differenzverstärkungsstufe eine zweite Verstärkungsstufe umfassen, die konfiguriert ist, eine Ansteuerspannung basierend auf der Zwischenspannung zu bestimmen. Der Miller-Kondensator kann den Ausgangsknoten mit dem Zwischenknoten koppeln. Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, die Kapazität des Miller-Kondensators in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation einzustellen. Insbesondere kann die Kapazität des Miller-Kondensators verringert werden, falls der Kapazitätswert des Ausgangskondensators verringert ist. Darüber hinaus kann die Kapazität des Miller-Kondensators erhöht werden, falls der Kapazitätswert des Ausgangskondensators ansteigt. Die Modifikation der Kapazität des Miller-Kondensators kann von dem oberen und/oder dem unteren Laststrom abhängig sein. Dadurch kann ein leistungseffizienter und stabiler Betrieb des Spannungsreglers für einen weiten Bereich von Ausgangskondensatoren bereitgestellt sein.
Der Spannungsregler kann eine Stromquelle umfassen, die konfiguriert ist, einen (regulierten) Ausgangsstrom mit einem ersten Ausgangsstromwert für den Ausgangsknoten bereitzustellen. Darüber hinaus kann der Spannungsregler Spannungsmessmittel umfassen, die konfiguriert sind, eine Spannungsinformation über eine Spannung an dem Ausgangskondensator (die typischerweise der Ausgangsspannung des Spannungsreglers entspricht) abzufühlen. Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, die Kapazitätsinformation (insbesondere den Kapazitätswert des Ausgangskondensators) basierend auf dem ersten Ausgangsstrom und/oder basierend auf der Spannungsinformation zu bestimmen.
Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, basierend auf der Spannungsinformation eine erste Dauer zu bestimmen, die zum Laden des Ausgangskondensators von einer Anfangsspannung V1 zu einer Zielspannung V2 unter Verwendung des Ausgangsstroms an dem ersten Ausgangsstromwert erforderlich ist. Die Kapazitätsinformation (insbesondere der Kapazitätswert des Ausgangskondensators) kann dann (auch) basierend auf der ersten Dauer bestimmt werden, und dadurch wird eine präzise Kapazitätsinformation bereitgestellt.
Die Anfangsspannung V1 und/oder die Zielspannung V2 können von der Referenzspannung abhängig sein. Insbesondere kann während des Betriebs die Ausgangsspannung des Linearreglers auf eine Sollwertspannung, die von der Referenzspannung abhängig ist, reguliert werden. Die Anfangsspannung V1 und/oder die Zielspannung V2 können innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Sollwertspannung liegen, wobei der vorbestimmte Bereich 30 % oder weniger unterhalb bis 30 % oder weniger oberhalb der Sollwertspannung sein kann. Als solches kann das Spannungsintervall, das zum Bestimmen der ersten Dauer verwendet wird, in der Nähe der Sollwertspannung sein, die während des Betriebs des Spannungsreglers verwendet wird. Dadurch können die spannungsabhängigen Komponenten des Kapazitätswerts des Ausgangskondensators berücksichtigt werden, und dadurch werden die Leistungseffizienz und Stabilität des Spannungsreglers weiter erhöht.
Der Spannungsregler kann eine Entladeschaltung umfassen, die konfiguriert ist, den Ausgangskondensator zu entladen. Die Anpassungseinheit kann konfiguriert sein, die Entladeschaltung anzuweisen, den Ausgangskondensator zu entladen (z. B. auf die Anfangsspannung V1), in Abhängigkeit davon, dass der Ausgangskondensator auf die Zielspannung V2 geladen ist, und dadurch wird der Spannungsregler für eine zusätzliche Messung vorbereitet.
In dem Kontext einer zusätzlichen Messung kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, die Stromquelle zu steuern, einen (regulierten) Ausgangsstrom mit einem zweiten Ausgangsstromwert für den Ausgangsknoten bereitzustellen, wobei der zweite Ausgangsstromwert von dem ersten Ausgangsstromwert verschieden (z. B. höher als der erste Ausgangsstromwert) ist. Darüber hinaus kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, basierend auf der Spannungsinformation eine zweite Dauer zu bestimmen, die zum Laden des Ausgangskondensators von der Anfangsspannung V1 auf die Zielspannung V2 unter Verwendung des Ausgangsstroms an dem zweiten Ausgangsstromwert erforderlich ist. Die Kapazitätsinformation kann dann (auch) basierend auf dem zweiten Ausgangsstromwert und basierend auf der zweiten Dauer bestimmt werden. Durch Verwenden von wenigstens zwei Messungen der Dauer an wenigstens zwei unterschiedlichen Ausgangsstromwerten können Lastabhängigkeiten entfernt werden, und dadurch präzise Kapazitätsinformation bereitgestellt werden.
Insbesondere kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, die Kapazitätsinformation basierend auf (IOUT2 - IOUT1) / (V2 - V1) * [(D1 * D2) / (D1 - D2)] zu bestimmen. Insbesondere kann der Kapazitätswert des Ausgangskondensators unter Verwendung der vorstehend genannten Formel bestimmt werden. In der vorstehend genannten Formel: ist IOUT1 der erste Ausgangsstromwert; ist IOUT2 der zweite Ausgangsstromwert; ist D1 die erste Dauer; und ist D2 die zweite Dauer.
Alternativ oder zusätzlich kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, eine Verstärkung des Spannungsreglers anzupassen, um eine Oszillation der Ausgangsspannung des Spannungsreglers zu verursachen. Darüber hinaus kann die Anpassungseinheit konfiguriert sein, eine Frequenzinformation über eine Frequenz der Oszillation zu bestimmen. Die Kapazitätsinformation kann dann auf eine präzise Weise basierend auf der Frequenzinformation bestimmt werden (z. B. unter Verwendung einer analytischen Formel und/oder einer Nachschlagetabelle, die von der Konstruktion und/oder den Parametern des Spannungsreglers abhängig sind).
Der Spannungsregler kann einen Komparator umfassen, der konfiguriert ist, ein Binärsignal basierend auf einem Vergleich der oszillierenden Ausgangsspannung und basierend auf einer Schwellenspannung Vt auszugeben (wobei die Schwellenspannung einem Mittelwert der Ausgangsspannung entsprechen kann). Die Anpassungseinheit kann dann konfiguriert sein, die Frequenzinformation basierend auf dem Binärsignal zu bestimmen und dadurch auf effiziente Weise digitale Verarbeitung zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungsreglers beschrieben. Der Spannungsregler ist konfiguriert, einen Ausgangsstrom an einer Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers bereitzustellen. Der Spannungsregler umfasst eine Ausgangsverstärkungsstufe zum Erzeugen des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung. Darüber hinaus umfasst der Spannungsregler eine Differenzverstärkungsstufe, die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung zu bestimmen. Das Verfahren umfasst Bestimmen einer Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert eines Ausgangskondensators, der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst das Verfahren Anpassen der Differenzverstärkungsstufe in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, ob direkt verbunden, z. B. über Drähte, oder auf eine andere Weise.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend auf beispielhafte Weise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen

1a ein Beispiel-Blockdiagramm eines LDO-Reglers darstellt;
1b das Beispiel-Blockdiagramm eines LDO-Reglers mit mehr Einzelheiten darstellt;
1c ein weiteres Blockdiagramm eines LDO-Reglers zeigt;
1d Beispiel-Ruheströme für unterschiedliche Ausgangs-Kapazitätswerte zeigt;
2 einen Beispiel-LDO-Regler mit einer Anpassungseinheit zum Anpassen des Betriebs des LDO-Reglers an den Ausgangs-Kapazitätswert zeigt;
3 einen Ablaufplan eines Beispielverfahrens zum Betreiben eines Reglers zeigt;
4 eine Beispiel-Anpassungseinheit zeigt;
5 eine weitere Beispiel-Anpassungseinheit zeigt;
6 Beispiel-Messsignale zum Bestimmen des Kapazitätswerts eines Ausgangskondensators zeigt;
7 Beispiel-Ruheströme für unterschiedliche Ausgangs-Kapazitätswerte zeigt; und
8 ein Beispielschema zum Messen des Ausgangs-Kapazitätswerts zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Wie vorstehend skizziert richtet sich das vorliegende Dokument auf Bereitstellen eines leistungseffizienten und stabilen Spannungsreglers für unterschiedliche Ausgangs-Kapazitätswerte. Ein Beispiel eines Spannungsreglers ist ein LDO-Regler. Ein typischer LDO-Regler 100 ist in 1a dargestellt. Der LDO-Regler 100 umfasst eine Ausgangsverstärkungsstufe oder Ausgangsstufe 103, die z. B. einen Feldeffekttransistor (FET) umfasst, an dem Ausgang und eine Differenz- oder erste Verstärkungsstufe 101 (auch als Fehlerverstärker bezeichnet) an dem Eingang. Ein erster Eingang (fb) der Differenzverstärkungsstufe 101 empfängt einen Teil der Ausgangsspannung V_OUT , der durch den Spannungsteiler 104 bestimmt wird, der die Widerstände R0 und R1 umfasst. Der zweite Eingang (ref) zu der Differenzverstärkungsstufe 101 ist eine stabile Spannungsreferenz V_ref 108 (auch als Bandlückenreferenz bezeichnet). Falls sich die Ausgangsspannung V_OUT relativ zu der Referenzspannung V_ref (oder zu einer Sollwertspannung proportional der Referenzspannung) ändert, ändert sich die Ansteuerspannung für die Ausgangsverstärkungsstufe, z. B. zu dem Leistungs-FET, durch einen Rückkopplungsmechanismus, der als Hauptrückkopplungsschleife bezeichnet ist, um eine konstante Ausgangsspannung V_OUT aufrechtzuerhalten.
Der LDO-Regler 100 von 1a umfasst ferner eine zusätzliche Zwischenverstärkungsstufe 102, die konfiguriert ist, die Ausgangsspannung der Differenzverstärkungsstufe 101 zu verstärken. Eine Zwischenverstärkungsstufe 102 kann verwendet werden, um eine zusätzliche Verstärkung innerhalb des Verstärkungspfads bereitzustellen. Darüber hinaus kann die Zwischenverstärkungsstufe 102 eine Phasenumkehr bereitstellen.
Zusätzlich wird der LDO-Regler 100 typischerweise zusammen mit einer Ausgangskapazität Cout (auch als Ausgangskondensator oder Stabilisierungskondensator oder Umgehungskondensator bezeichnet) 105 parallel zu der Last 106 verwendet. Der Ausgangskondensator 105 wird verwendet, um die Ausgangsspannung V_OUT in Abhängigkeit von einer Änderung der Last 106, insbesondere in Abhängigkeit von einer Änderung des angeforderten Laststroms oder Ausgangsstroms I_load / I_OUT zu stabilisieren. Der Kapazitätswert oder die Kapazität des Ausgangskondensators 105 können abhängig von der Anwendung ausgewählt werden.
1b stellt das Blockdiagramm eines LDO-Reglers 100 dar, wobei die Ausgangsverstärkungsstufe 103 genauer abgebildet ist. Insbesondere sind der Durchgangstransistor oder die Durchgangsvorrichtung 201 und die Treiberstufe 110 der Ausgangsverstärkungsstufe 103 gezeigt. Typische Parameter eines LDO-Reglers 100 sind eine Versorgungsspannung von 3 V, eine Ausgangsspannung von 2 V und ein Ausgangsstrom oder Laststrom im Bereich von 1 mA bis 100 oder 200 mA. Andere Konfigurationen sind möglich.
1c zeigt weitere Einzelheiten der Treiberstufe 110. Die Treiberstufe 110 umfasst einen Ansteuertransistor 111 (z. B. einen Metalloxidhalbleiter-Transistor vom p-Typ, PMOS-Transistor), der als eine Diode betrieben wird (d. h. der Drain des Ansteuertransistors 111 ist mit dem Gate des Ansteuertransistors 111 gekoppelt). Das Gate des Ansteuertransistors 111 ist mit dem Gate des Durchgangstransistors 201 gekoppelt. Darüber hinaus ist die Source des Ansteuertransistors 111 mit der Source des Durchgangstransistors 210 gekoppelt, die dem Eingangsknoten des Reglers 100 (abgebildet durch die „1“ im Kreis) entspricht. Der Drain des Durchgangstransistors 201 entspricht dem Ausgangsknoten des Reglers 100 (abgebildet durch die „2“ im Kreis). Der Ansteuertransistor 111 und der Durchgangstransistor 201 bilden einen Stromspiegel, der eine spezielle Verstärkung aufweist.
Die Treiberstufe 110 umfasst ferner einen Eingangstransistor 113 (z. B. einen MOS-Transistor vom n-Typ oder NMOS-Transistor), der in Reihe mit dem Ansteuertransistör 111 angeordnet ist, so dass der Strom durch den Ansteuertransistor 111 dem Strom durch den Eingangstransistor 113 entspricht. Die Reihenanordnung des Ansteuertransistors 111 und des Eingangstransistors 113 kann zwischen dem Eingangsknoten und Masse GND angeordnet sein (abgebildet durch die „3“ im Kreis). Das Gate des Eingangstransistors 113 wird durch den Ausgang der Differenzverstärkungseinheit 150 gesteuert (die z. B. die Differenzverstärkungsstufe 101 und die Zwischenverstärkungsstufe 102, einen Miller-Kondensator C2 152 und/oder eine interne Stromquelle l1151 umfasst). Die Spannung an dem Ausgang der Differenzverstärkungseinheit 150 ist hier als die Ansteuerspannung bezeichnet.
1c zeigt außerdem unterschiedliche Anschlüsse des Reglers 100, insbesondere einen Eingangsanschluss oder Eingangsknoten (in 1c als „1“ bezeichnet), der mit einer nicht regulierten Eingangsspannung V_IN gekoppelt ist, einen Ausgangsanschluss oder Ausgangsknoten (in 1c als „2“ bezeichnet), der eine regulierte Ausgangsspannung V_OUT bereitstellt, und einen Masseanschluss (in 1c als „3“ bezeichnet), der mit Masse GND gekoppelt ist.
Ein Linearregler 100, insbesondere die Differenzverstärkungseinheit 150 (hier auch als Steuerungsschaltungsanordnung bezeichnet) ist typischerweise zum Gebrauch zusammen mit Ausgangskondensatoren 105, die einen speziellen Bereich von Kapazitätswerten aufweisen, konstruiert.
1d zeigt den Ruhestrom 161 des Reglers 100 von 1c als eine Funktion des Ausgangs-Kapazitätswerts 160. Der Regler 100 von 1c ist typischerweise so konstruiert, dass der Regler 100 einen festen Ruhestrom 163 für unterschiedliche Ausgangs-Kapazitätswerte 160 zeigt. Als ein Ergebnis davon kann der Regler 100 mit Ausgangskondensatoren 105 verwendet werden, die den Konstruktions-Kapazitätswert 162 oder größer aufweisen. Andererseits kann der Regler 100 mit Ausgangskondensatoren 105, die einen Kapazitätswert 160 kleiner als der Konstruktions-Kapazitätswert 162 aufweisen, nicht auf eine stabile Weise verwendet werden.
1d zeigt ferner eine Kurve 164, die den erforderlichen Ruhestrom 161 als eine Funktion der Größe 160 des Ausgangskondensators angibt. Es ist zu erkennen, dass, wenn der Wert 160 des externen Ausgangskondensators erhöht wird, der erforderliche Ruhestrom 161 abnimmt. Da jedoch die Steuerungs- und Kompensationsschaltungsanordnung 150 des Reglers 100 fest ist, um einen festen Ruhestrom 163 bereitzustellen, ist der Ruhestrom 163 typischerweise zu hoch im Vergleich mit dem erforderlichen Ruhestrom 164. Somit führt ein fester Ruhestrom 163 zu internen Verlusten, falls der tatsächliche Ausgangs-Kapazitätswert 160 höher ist als der Wert 162. Die Verluste resultieren aus der Differenz 165 des erforderlichen Ruhestroms 164 und dem vorab festgelegten Ruhestrom 163 (mal der Eingangsspannung).
Um die vorstehend genannten internen Verluste zu reduzieren oder zu entfernen, kann der Regler 100 eine Anpassungseinheit 200 umfassen (wie in 2 dargestellt), die konfiguriert ist, den Kapazitätswert 160 des Ausgangskondensators 105 zu messen, z. B. nach dem Anlaufen des Reglers 100. Darüber hinaus kann die Anpassungseinheit 200 konfiguriert sein, die Steuerungs- und Kompensationsschaltungsanordnung 150, insbesondere den internen Miller-Kondensator 152, in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangs-Kapazitätswert 160 anzupassen.
3 zeigt einen Ablaufplan eines Beispielverfahrens 300 zum Betreiben eines Spannungsreglers 100. Der Spannungsregler 100 ist konfiguriert, einen Ausgangsstrom an einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers 100 basierend auf einer Eingangsspannung an dem Eingangsknoten des Spannungsreglers 100 bereitzustellen. Der Spannungsregler 100 umfasst eine Ausgangsverstärkungsstufe 103 zum Erzeugen des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung. Darüber hinaus umfasst der Spannungsregler 100 eine Differenzverstärkungsstufe (oder Steuerungsschaltungsanordnung) 150, die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung 108 zu bestimmen.
Das Verfahren 300 umfasst Bestimmen 301 einer Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert 160 eines Ausgangskondensators 105, der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers 100 gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst das Verfahren 300 Anpassen 302 der Differenzverstärkungsstufe 150 in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation.
Wie vorstehend angegeben misst die Anpassungseinheit 200 (insbesondere ein Ausgangskondensatordetektionsblock der Anpassungseinheit 200) automatisch den Wert 160 des Ausgangskondensators 105, der mit dem Linearregler 100 gekoppelt ist. Zweitens können, nachdem der Ausgangsfilterwert 160 bestimmt ist, die Steuer- und Kompensationsparameter des Linearreglers 100 adaptiv eingestellt werden, was zu einer optimierten Leistung des Reglers 100 führt.
Die Messung des Ausgangs-Kapazitätswerts 160 kann auf verschiedene unterschiedliche Arten erreicht werden. 4 stellt ein nicht einschränkendes Beispiel-Blockdiagramm dar, das eine programmierbare Stromquelle 402 und eine Spannungsabfühlschaltung 401, die mit dem Ausgangsknoten des Linearreglers 100 gekoppelt ist, enthält. Die Anpassungseinheit 200 (insbesondere eine Ausgangskondensatormessungssteuereinheit) kann verwendet werden, um den Kapazitätswert 160 des externen Ausgangskondensators 105 zu bestimmen.
Ein regulierter Ausgangsstrom (IOUT oder I_OUT) kann an den Ausgangsknoten (unter Verwendung der Stromquelle 402) angelegt werden, wobei der Ausgangsstrom (wenigstens teilweise) verwendet wird, um den Ausgangskondensator 105 zu laden. Die Anstiegszeit der Spannung über dem Ausgangskondensator 105 kann gemessen werden (unter Verwendung der Spannungsabfühlschaltungsanordnung 401). Der Wert 160 des Ausgangskondensators 105 kann dann basierend auf der Anstiegszeit der Kondensatorspannung über dem Ausgangskondensator 105 (die typischerweise der Ausgangsspannung an dem Ausgangskondensator 105 entspricht) bestimmt werden.
Eine genaue Messung des Werts 160 des Ausgangskondensators 105 hängt jedoch typischerweise von dem Wissen bezüglich des Werts des Kondensatorladestroms (I_CAP) ab, der zum Laden des Ausgangskondensators 105 verwendet wird. Falls der Laststrom I_LOAD für die Last 106 nicht bekannt ist, ist die Messung des Werts 160 des Ausgangskondensators 105 basierend auf dem Ausgangsstrom IOUT typischerweise ungenau.
5 und 6 stellen Beispielmittel zum Messen des Werts 160 des Ausgangskondensators 105 dar, wobei die Mittel zum Messen des Werts 160 Kompensationsmittel für irgendeinen Typ von Laststrom, der vorhanden sein kann (z. B. einen konstanten Laststrom I_LOAD(I) und einen spannungsabhängigen Laststrom I_LOAD(R)) beinhalten, um eine genau Messung des Werts 160 des Ausgangskondensators 105 bereitzustellen.
5 zeigt die Messungssteuereinheit einer Anpassungseinheit 200, die die Stromquelle 402 steuert, um einen regulierten Storm (IOUT) an dem Ausgangsanschluss bereitzustellen. Darüber hinaus umfasst der Regler 100 Spannungsmessmittel 401 zum Messen der Spannung an dem Ausgangsanschluss (VOUT), die der Spannung über dem Ausgangskondensator 105 entspricht. Der Regler 100 umfasst ferner eine Entladeeinheit 501, die konfiguriert ist, die Energie, die in dem Ausgangskondensator 105 gespeichert ist, zu entladen. Die Energie kann z. B. unter Verwendung eines Entladewiderstands, der über den Ausgangskondensator 105 gekoppelt ist, entladen werden.
Der Ausgangsstrom IOUT oder I_OUT stellt eine Ladestrom I_CAP zum Laden des Ausgangskondensators 105 und für einen Laststrom I_LOAD bereit. Der Laststrom kann einen festen resistiven Laststrom I_LOAD(R) und einen konstanten Laststrom I_LOAD(I) umfassen.
6 stellt Wellenformen dar, die verwendet werden, um den Wert 160 des Ausgangskondensators 105 genau zu messen. Die regulierte Ausgangsstromquelle 402 kann konfiguriert sein, zwei oder mehr unterschiedliche regulierte Ausgangsstromwerte 602, 603 bereitzustellen. Die Spannung 611 an dem Ausgangsanschluss, die der Spannung über dem Ausgangskondensator 105 entspricht, kann überwacht werden. Der Wert 160 des Ausgangskondensators 105 kann basierend auf den Anstiegsraten der Spannung 611 für die unterschiedlichen Ausgangsstromwerte 602, 603 bestimmt werden.
Die erste Wellenform zeigt den Ausgangsstrom 601, der durch die Ausgangsstromquelle 402 bereitgestellt ist, als eine Funktion der Zeit t. Während einer ersten Zeitspanne wird ein erster Ausgangsstrom 602 (z. B. I_OUT_LOW oder IOUT1) bereitgestellt, und während einer zweiten Zeitspanne wird ein zweiter Ausgangsstrom 603 (z. B. I_OUT_HIGH oder IOUT2) für den Ausgangsanschluss bereitgestellt. Die regulierte Stromquelle 402 stellt den Ausgangsstrom 601 auf den ersten Ausgangsstrom 602 ein, wobei die Ausgangsspannung 611 an einer Anfangsspannung V1 ist (z. B. V1 = 0V am Anlaufen oder ein Spannungspegel nahe der Sollwertspannung des Linearreglers 100). Die Spannung 611 an dem Ausgangsanschluss wird überwacht, und eine erste Dauer 613 (D1) wird gemessen, die der Zeit entspricht, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung 611 von der Anfangsspannung V1 zu einem vorab bestimmten Ausgangsspannungsschwellenwert oder einer Zielspannung V2 ansteigt, wobei die Ladespannung 612 die Differenz zwischen V1 und V2 ist. Kurz nachdem die Spannung 611 an dem Ausgangsanschluss V2 erreicht hat, wird die Kondensatorentladeschaltung 501 aktiviert (Signal 621), um die Spannung 611 an dem Ausgangsanschluss auf 0 V oder die Anfangsspannung V1 zurückzusetzen.
Die Kondensatorentladeschaltung 501 wird deaktiviert, wobei die Stromquelle 402 auf den zweiten Ausgangsstrom 603 eingestellt wird. Die Spannung 611 an dem Ausgangsanschluss wird überwacht, und eine zweite Dauer 614 (D2) wird gemessen, die der Zeit entspricht, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung 611 von der Anfangsspannung V1 auf den vorbestimmten Ausgangsspannungsschwellenwert oder die Zielspannung V2 ansteigt.
Basierend auf den in 6 gezeigten Messungen kann der Ausgangs-Kapazitätswert 160 wie folgt bestimmt werden:
Es wird die folgende Notation verwendet:

COUT:: AusgangsKapazitätswert (µF)
IOUT:: regulierter Ausgangsstrom 601 (A)
IOUT_LOW:: erster Ausgangsstrom 602 (A)
IOUT_HIGH:: zweiter Ausgangsstrom 603 (A)
ILOAD:: Laststrom (A)
ICAP:: Kondensatorladestrom (A)
VCHARGE: Ladespannung 612
tCHARGE_LOW oder D1:: erste Dauer 613
tCHARGE_HIGH oder D2:: zweite Dauer 614

IOUT = ILOAD + ICAP

IOUT = ILOAD + [COUT * (dv/dt)]

Damit: $IOUT_LOW = ILOAD + [COUT * (VCHARGE/tCHARGE_LOW)]$
$IOUT_HIGH = ILOAD + [COUT * (VCHARGE/tCHARGE_HIGHT)]$
$\begin{array}{l} IOUT_HIGH - IOUT_LOW = Δ IOUT = COUT * [(VCHARGE/tCHARGE_HIGH) - \\ (VCHARGE/tCHARGE_LOW)] \end{array}$
$\begin{array}{l} COUT = Δ IOUT/VCHARGE * [(tCHARGE_LOW * tCHARGE_HIGH) / \\ (tCHARGE_LOW - tCHARGE_HIGH)] \end{array}$
Somit kann der Wert 160 des Ausgangskondensators 105, d. h. COUT, auf präzise Weise bestimmt werden, unabhängig von dem Wert der Last 106.
Sobald der Wert 160 des externen Ausgangskondensators 105 bestimmt worden ist, können ein oder mehrere Kompensationsparameter der Steuerungsschaltungsanordnung 150 optimiert werden. Das kann Aktionen zum Optimieren der dynamischen Lastantwort des Reglers, zum Kompensieren der Schleifenstabilität und/oder zum Anpassen des Ruhestroms ohne Last (und dadurch Optimieren des internen Leistungsbedarfs) enthalten.
Als Beispiel kann die Steuerungsschaltungsanordnung 150 so angepasst sein, dass sich der tatsächliche Ruhestrom 763 des Reglers 100 mit dem Wert 160 des Ausgangskondensators 105 ändert, so dass der tatsächliche Ruhestrom 763 den erforderlichen Ruhestrom 164 nur um ein relativ kleines Schutzband 765 übersteigt (für unterschiedliche Werte 160 des Ausgangskondensators 105). Dadurch kann der interne Leistungsverlust des Reglers 100 reduziert sein. Aufgrund der Tatsache, dass eine Messung des externen Ausgangskondensators 105 bereitgestellt ist, kann der Ruhestrom 161 eingestellt werden, um einen korrekten Betrieb des Reglers 100 (z. B. Schleifenstabilität) aufrechtzuerhalten und den internen Leistungsbedarf zu minimieren. Darüber hinaus kann der unterstützte Bereich von Ausgangs-Kapazitätswerten 160 vergrößert sein.
8 stellt ein weiteres Schema zum Messen des Werts 160 eines Ausgangskondensators 105 dar. Die Verstärkung des Reglers 100 kann unter Verwendung einer Verstärkungssteuerungseinstellung 802 manipuliert werden. Wenn die Verstärkung des Regler 100 absichtlich erhöht wird, kann der Regler 100 in die Instabilität gezwungen werden. Sobald der Regler 100 instabil ist, ist die Frequenz der Oszillation der Ausgangsspannung 611 eine Funktion des Werts 160 des Ausgangskondensators 105. Somit kann die Frequenz 803 der Oszillation unter Verwendung einer Frequenzbestimmungseinheit 804 bestimmt werden und kann verwendet werden, um den Ausgangs-Kapazitätswert 160 zu bestimmen (z. B. unter Verwendung einer Formel oder einer Nachschlagetabelle).
Vorzugsweise wird der Regler 100 intern mit einem relativ hohen Stromwert beaufschlagt, um sicherzustellen, dass der Regler 100 an einem hohen Strombereich mit hohen Energieoszillationen vorgeladen wird, die leicht zu detektieren sind. Die Oszillationsfrequenz kann durch Umwandeln des Oszillators 100 in einen Relaxationsoszillator nachverarbeitet werden mit Hilfe eines Komparators 806 an dem Ausgangsknoten des Reglers (wobei der Komparator 806 eine ausreichende Bandbreite aufweist). Dadurch können niedrige Amplitudensinusoszillationen in „Rail-to-Rail“-Rechteckwelleninformationen umgesetzt werden, die zur digitalen Nachverarbeitung verwendet werden können. Eine Stromquelle 805 zum Absorbieren des Laststroms (z. B. eines bekannten Laststroms) kann an dem Eingang des Komparators 806 bereitgestellt sein, der mit dem Ausgangsanschluss des Reglers 100 gekoppelt ist.
In dem vorliegenden Dokument ist ein Regler 100 beschrieben worden, der konfiguriert sein kann, seinen Betrieb automatisch an den gemessenen Wert 160 eines Ausgangskondensators 105 anzupassen. Dadurch kann ein Ausgangskondensator 105 mit großer Toleranz verwendet werden, und dadurch sind die Kosten eines Reglers 100 reduziert. Darüber hinaus kann der Bereich von Ausgangs-Kapazitätswerten 160 vergrößert sein. Zusätzlich kann der interne Leistungsverlust verringert sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Fachleute können verschiedene Anordnungen implementieren, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung ausführen und in ihrem Geist und Schutzbereich enthalten sind. Darüber hinaus sind alle Beispiele und Ausführungsformen, die in dem vorliegenden Dokument behandelt sind, grundsätzlich ausdrücklich dafür vorgesehen, nur erläuternden Zwecken zu dienen, um den Leser beim Verstehen der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen. Darüber hinaus sollen alle Feststellungen, die hier Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung bereitstellen und außerdem spezifische Beispiele davon ihre Äquivalente mit einschließen.

Claims

Spannungsregler (100), der konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom (601) mit einer Ausgangsspannung (611) an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers (100) bereitzustellen, wobei der Spannungsregler (100) umfasst: eine Ausgangsverstärkungsstufe (103) zum Erzeugen des Ausgangsstroms (601) an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung; eine Differenzverstärkungsstufe (150), die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (611) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) zu bestimmen; und eine Anpassungseinheit (200), die konfiguriert ist: eine Verstärkung des Spannungsreglers (100) anzupassen, um eine Oszillation der Ausgangsspannung (611) des Spannungsreglers (100) zu verursachen; eine Frequenzinformation über eine Frequenz der Oszillation zu bestimmen; basierend auf der Frequenzinformation eine Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert (160) eines Ausgangskondensators (105), der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) gekoppelt ist, zu bestimmen; und die Differenzverstärkungsstufe (150) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation anzupassen.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 1, wobei: der Spannungsregler (100) einen Komparator (806) umfasst, der konfiguriert ist, ein Binärsignal basierend auf einem Vergleich der oszillierenden Ausgangsspannung (611) und basierend auf einer Schwellenspannung (Vt) zu erzeugen; und die Anpassungseinheit (200) konfiguriert ist, die Frequenzinformation basierend auf dem Binärsignal zu bestimmen.
Spannungsregler (100), der konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom (601) mit einer Ausgangsspannung (611) an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers (100) bereitzustellen, wobei der Spannungsregler (100) umfasst: eine Ausgangsverstärkungsstufe (103) zum Erzeugen des Ausgangsstroms (601) an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung; eine Differenzverstärkungsstufe (150), die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (611) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) zu bestimmen; eine Entladeschaltung (501), die konfiguriert ist, einen Ausgangskondensator (105), der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) gekoppelt ist, zu entladen; eine Stromquelle (402), die konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom (601) mit einem ersten Ausgangsstromwert (602) an dem Ausgangsknoten bereitzustellen; Spannungsmessmittel (401), die konfiguriert sind, eine Spannungsinformation über eine Spannung an dem Ausgangskondensator (105) zu messen; und eine Anpassungseinheit (200), die konfiguriert ist: basierend auf der Spannungsinformation eine erste Dauer (613) zu bestimmen, die zum Laden des Ausgangskondensators (105) von einer Anfangsspannung (V1) auf eine Zielspannung (V2) unter Verwendung des Ausgangsstroms (601) mit dem ersten Ausgangsstromwert (602) erforderlich ist; die Entladeschaltung (501) anzuweisen, den Ausgangskondensator (105) zu entladen, nachdem der Ausgangskondensator (105) auf die Zielspannung (V2) geladen wurde; die Stromquelle (402) zu steuern, einen Ausgangsstrom (601) mit dem zweiten Ausgangsstromwert (603) für den Ausgangsknoten bereitzustellen; wobei sich der zweite Ausgangsstromwert (603) von dem ersten Ausgangsstromwert (602) unterscheidet; basierend auf der Spannungsinformation eine zweite Dauer (613) zu bestimmen, die zum Laden des Ausgangskondensators (105) von der Anfangsspannung (V1) auf die Zielspannung (V2) unter Verwendung des Ausgangsstroms (601) mit dem zweiten Ausgangsstromwert (603) erforderlich ist; basierend auf dem ersten Ausgangsstromwert (602), auf der ersten Dauer (613), auf dem zweiten Ausgangsstromwert (603) und auf der zweiten Dauer (613), eine Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert (160) des Ausgangskondensators (105) zu bestimmen; und die Differenzverstärkungsstufe (150) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation anzupassen.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 3, wobei: die Anfangsspannung (V1) und/oder die Zielspannung (V2) von der Referenzspannung (108) abhängig sind; und/oder während des Betriebs die Ausgangsspannung (611) des Linearreglers (100) auf eine Sollwertspannung reguliert wird, die von der Referenzspannung abhängig (108) ist; und die Anfangsspannung (V1) und/oder die Zielspannung (V2) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Sollwertspannung liegen; und der vorbestimmte Bereich z. B. 30 % oder weniger unterhalb bis 30 % oder weniger oberhalb der Sollwertspannung ist.
Spannungsregler (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Anpassungseinheit (200) konfiguriert ist, die Kapazitätsinformation zu bestimmen, basierend auf $(IOUT2 - IOUT1) / (V2 - V1) + [(D1 * D2) / (D1 - D2)]$
wobei IOUT1 der erste Ausgangsstromwert (602) ist; IOUT2 der zweite Ausgangsstromwert (603) ist; V1 die Anfangsspannung ist; V2 die Zielspannung ist; D1 die erste Dauer (613) ist; und D2 die zweite Dauer (614) ist.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinheit (200) konfiguriert ist, einen Ruhestrom des Spannungsreglers (100) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation anzupassen.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenzverstärkungsstufe (150) eine oder mehrere einstellbare Komponenten (152) umfasst, die eine Bandbreite des Linearreglers (100) beeinflussen; und die Anpassungseinheit (200) konfiguriert ist, die eine oder mehreren einstellbaren Komponenten (152) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation einzustellen.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenzverstärkungsstufe (150) einen Miller-Kondensator (152) mit einer einstellbaren Kapazität umfasst; und die Anpassungseinheit (200) konfiguriert ist, die Kapazität des Miller-Kondensators (152) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation einzustellen.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 8, wobei: die Differenzverstärkungsstufe (150) eine erste Verstärkungsstufe (101) umfasst, die konfiguriert ist, eine Zwischenspannung an einem Zwischenknoten in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (611) und in Abhängigkeit von der Referenzspannung (108) zu bestimmen; die Differenzverstärkungsstufe (150) eine zweite Verstärkungsstufe (150) umfasst, die konfiguriert ist, eine Ansteuerspannung basierend auf der Zwischenspannung zu bestimmen; und der Miller-Kondensator (152) den Ausgangsknoten mit dem Zwischenknoten koppelt.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinheit (200) konfiguriert ist: eine Bandbreite des Spannungsreglers (200) zu erhöhen, falls die Kapazitätsinformation eine Reduktion des Kapazitätswerts (160) des Ausgangskondensators (105) angibt; und/oder eine Bandbreite des Spannungsreglers (200) zu verringern, falls die Kapazitätsinformation einen Anstieg des Kapazitätswerts (160) des Ausgangskondensators (105) angibt.
Verfahren (300) zum Betreiben eines Spannungsreglers (100); wobei der Spannungsregler (100) konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom (601) mit einer Ausgangsspannung (611) an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers (100) bereitzustellen; wobei der Spannungsregler 100 (100) eine Ausgangsverstärkungsstufe (103) zum Erzeugen des Ausgangsstroms (601) an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung umfasst; wobei der Spannungsregler (100) eine Differenzverstärkungsstufe (150) umfasst, die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (611) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) zu bestimmen; wobei das Verfahren (300) umfasst: Anpassen einer Verstärkung des Spannungsreglers (100), um eine Oszillation der Ausgangsspannung (611) des Spannungsreglers (100) zu verursachen; Bestimmen einer Frequenzinformation über eine Frequenz der Oszillation; Bestimmen (301), basierend auf der Frequenzinformation, einer Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert (160) eines Ausgangskondensators (105), der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) gekoppelt ist; und Anpassen (302) der Differenzverstärkungsstufe (150) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation.
Verfahren (300) zum Betreiben eines Spannungsreglers (100); wobei der Spannungsregler (100) konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom (601) mit einer Ausgangsspannung (611) an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers (100) bereitzustellen; wobei der Spannungsregler 100 (100) eine Ausgangsverstärkungsstufe (103) zum Erzeugen des Ausgangsstroms (601) an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten in Abhängigkeit von einer Ansteuerspannung umfasst; wobei der Spannungsregler (100) eine Differenzverstärkungsstufe (150) umfasst, die konfiguriert ist, die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (611) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) zu bestimmen; wobei das Verfahren (300) umfasst: Bestimmen, basierend auf Spannungsinformation über eine Spannung an einem Ausgangskondensator (105), der mit dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers (100) gekoppelt ist, einer ersten Dauer (613), die zum Laden des Ausgangskondensators (105) von einer Anfangsspannung (V1) auf eine Zielspannung (V2) unter Verwendung eines Ausgangsstroms (601) mit einem ersten Ausgangsstromwert (602) erforderlich ist; Entladen des Ausgangskondensators (105), nachdem der Ausgangskondensator (105) auf die Zielspannung (V2) geladen wurde; Bestimmen, basierend auf der Spannungsinformation über die Spannung an dem Ausgangskondensator (105), einer zweiten Dauer (613), die zum Laden des Ausgangskondensators (105) von der Anfangsspannung (V1) auf die Zielspannung (V2) unter Verwendung des Ausgangsstroms (601) mit einem zweiten Ausgangsstromwert (603) erforderlich ist; wobei sich der zweite Ausgangsstromwert (603) von dem ersten Ausgangsstromwert (602) unterscheidet; Bestimmen, basierend auf dem ersten Ausgangsstromwert (602), auf der ersten Dauer (613), auf dem zweiten Ausgangsstromwert (603) und auf der zweiten Dauer (613), einer Kapazitätsinformation über einen Kapazitätswert (160) des Ausgangskondensators (105); und Anpassen (302) der Differenzverstärkungsstufe (150) in Abhängigkeit von der Kapazitätsinformation.