TWI537568B - 電流偵測電路與電源積體電路 - Google Patents

電流偵測電路與電源積體電路 Download PDF

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TWI537568B
TWI537568B TW104103488A TW104103488A TWI537568B TW I537568 B TWI537568 B TW I537568B TW 104103488 A TW104103488 A TW 104103488A TW 104103488 A TW104103488 A TW 104103488A TW I537568 B TWI537568 B TW I537568B
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李文彥
劉益盛
何秋億
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Description

電流偵測電路與電源積體電路
本發明係關於一種電流偵測電路,尤其係關於一種電源積體電路之電流偵測電路。
電源積體電路已較為廣泛地應用於電子裝置中,例如線性穩壓器(Linear regulator)、充電器(charger)以及切換式穩壓器(Switching mode regulator/controller)已廣泛應用至移動通訊設備、可攜式電腦或者個人電腦等設備中,用於為該電子裝置之功能電路提供驅動電壓與驅動電流。為保證電子裝置能夠之應用可靠性較高,電源積體電路輸出的驅動電壓與驅動電流需要得到較為精確的偵測與控制。
有鑑於此,有必要提供一種應偵測精度較高之電流偵測電路。
進一步,提供一種具有前述電流偵測電路之電源積體電路。
一種電流偵測電路,用於偵測一電壓轉換電路之第一輸出電流並輸出對應之偵測訊號。該電壓轉換電路包括第一輸入端與第一輸出端,該第一輸入端用於接收第一輸入電壓,該電壓轉換電路將該第一輸入電壓變換為第一輸出電壓,該第一輸出電壓與該第一輸出電流自該第一輸出端輸出至一負載電路,該第一輸出端該用 於輸出該第一輸出電流。該電流偵測電路還包括第一偵測電路、第二偵測電路與控制選擇電路,該第一偵測電路與該第二偵測電路均電性連接於該第一輸入端與第一輸出端之間,該第一偵測電路依據偵測之第一輸出電流輸出一第一偵測訊號,該第二偵測電路依據偵測之第一輸出電流輸出第二偵測訊號。該控制選擇電路電性連接於該第一輸出端、該第一偵測電路與第二偵測電路,當該第一輸出電壓小於一預設的第一參考電壓時,該控制選擇電路選擇該第一偵測訊號作為偵測訊號;當該第一輸出電壓大於第一參考電壓時,該控制選擇電路選擇該第二偵測訊號作為偵測訊號。
一種電源積體電路,包括一電壓轉換電路與前輸之電流偵測電路。該電壓轉換電路包括一轉換控制電路與一轉換執行電路,該轉換執行電路用於將該第一輸入電壓轉換為該第一輸出電壓與該第一輸出電流,該轉換執行電路包括一主控電晶體以及一輸出電容,該主控電晶體電性連接於該第一輸入端及第一輸出端之間,該輸出電容電性連接於該第一輸出端與一接地端之間,該轉換執行電路電性連接該轉換執行電路與該電流偵測電路,且該轉換控制電路依據該偵測訊號控制該第一輸出電流維持在預定範圍內。
相較於先前技術,該電流偵測電路包括第一偵測電路、第二偵測電路以及控制電路,該第一偵測電路與第二偵測電路分別對電壓轉換電路的第一輸出電流進行偵測,該控制電路藉由判斷第一輸出電壓與參考電壓之大小關係,選擇不同的偵測電路之偵測結果作為偵測電流,從而能夠在較大範圍的輸出電壓時仍然準確地偵測該電壓轉換電路的第一輸出電流,從而能夠有效降低輸出電壓 對偵測結果的影響。
1‧‧‧電源積體電路
10‧‧‧電流偵測電路
11‧‧‧電壓轉換電路
110‧‧‧第一輸入端
111‧‧‧第一輸出端
Load‧‧‧負載電路
11a‧‧‧轉換控制電路
11b‧‧‧轉換執行電路
M1‧‧‧主控電晶體
R1‧‧‧第一轉換電阻
R2‧‧‧第二轉換電阻
Cout‧‧‧輸出電容
G1‧‧‧主控控制電極
T1、T2‧‧‧主控傳輸電極
GND‧‧‧接地端
101‧‧‧第一偵測電路
Rsa‧‧‧第一偵測電阻
Ms1‧‧‧第一偵測電晶體
OPA1‧‧‧第一運算放大器
IN1‧‧‧同相輸入端
IN2‧‧‧反相輸入端
OT1‧‧‧運算輸出端
102‧‧‧第二偵測電路
Ms2‧‧‧第二偵測電晶體
104‧‧‧參考電流產生單元
105‧‧‧轉移單元
Ib1‧‧‧第一鏡像電流
Ib2‧‧‧第二鏡像電流
Ibias‧‧‧旁路電流源
Ib‧‧‧旁路電流
N1‧‧‧第一參考電晶體
N2‧‧‧第二參考電晶體
N3‧‧‧第三參考電晶體
P1‧‧‧第一轉移電晶體
P2‧‧‧第二轉移電晶體
P3‧‧‧第三轉移電晶體
Rsb‧‧‧第二感測電阻
103a‧‧‧輸入端
103b‧‧‧參考電壓輸入端
103c‧‧‧第一偵測訊號輸入端
103d‧‧‧第二偵測訊號輸入端
103e‧‧‧偵測訊號輸出端
103‧‧‧控制選擇電路
1031‧‧‧比較器
1032‧‧‧反相器
1033‧‧‧選擇電路
SW1‧‧‧第一選擇器
SW2‧‧‧第二選擇器
CS1‧‧‧第一控制端
CS2‧‧‧第二控制端
CS3‧‧‧第三控制端
CS4‧‧‧第四控制端
SI1‧‧‧第一訊號輸入端
SI2‧‧‧第二訊號輸入端
SO1‧‧‧第一訊號輸出端
SO2‧‧‧第二訊號輸出端
G2‧‧‧第一偵測電晶體之閘極
T3‧‧‧第一偵測電晶體之汲極
T4‧‧‧第一偵測電晶體之源極
G3‧‧‧第二偵測電晶體之閘極
T5‧‧‧第二偵測電晶體之汲極
T6‧‧‧第二偵測電晶體之源極
Iout‧‧‧第一輸出電流
Is‧‧‧偵測訊號
Im1‧‧‧主控電流
Isen1‧‧‧第一偵測電流
Isen2‧‧‧第二偵測電流
Isen3‧‧‧第三偵測電流
Vfb‧‧‧反饋訊號
Vsa‧‧‧第一偵測電壓
Vsb‧‧‧第二偵測電壓
Vg‧‧‧啟動訊號
Cout‧‧‧輸出電容
A、B、C、D、E‧‧‧節點
圖1為具有本發明電流偵測電路之電源積體電路之電路方框圖。
圖2為如圖1所示電源積體電路之具體電路結構圖。
圖3為如圖2所示控制選擇電路之具體電路結構圖。
下面結合附圖具體說明本發明電流偵測電路之具體電路結構。
請參閱圖1,其為具有本發明電流偵測電路之電源積體電路之電路方框圖。
電源積體電路1包括電流偵測電路10與電壓轉換電路11。其中,電壓轉換電路11包括第一輸入端110與第一輸出端111,該第一輸入端110用於接收第一輸入電壓Vin,該電壓轉換電路11將該第一輸入電壓Vin變換為第一輸出電壓Vout與第一輸出電流Iout,該第一輸出電壓Vin與該第一輸出電流Iout自該第一輸出端111輸出至負載電路Load。可以理解,負載電路Load可以為中央處理電路(CPU)、顯示電路、時鐘電路等工作電路。該電流偵測電路10用於偵測電壓轉換電路11之第一輸出電流Iout,並反饋輸出對應的偵測訊號Is至電壓轉換電路11。
其中,電壓轉換電路11還包括轉換控制電路11a與轉換執行電路11b,轉換執行電路11b用於將該第一輸入電壓Vin傳輸至第一輸出端111。轉換控制電路11a用於輸出一啟動訊號Vg至轉換執行電路11b,以控制轉換執行電路11b啟動電壓轉換,並依據轉換執行電路11b之工作情況進一步調節轉換執行電路11b之工作情況,使 得第一輸出電壓Vout與第一輸出電流Iout準確地位於預定範圍內。所述轉換執行電路11b之工作情況可採用轉換執行電路11b輸出的第一輸出電壓Vout、第一輸出電流Iout以及轉換執行電路11b中其中一電路節點所輸出之電流或者電壓作為反饋訊號Vfb之大小、變化頻率來進行表徵。當然,可變更地,在本發明其他實施方式中,反饋訊號Vfb亦可以省略。
在本發明其他實施例中,該轉換執行電路11b還可進一步執行電壓轉換,如進行低壓差穩壓轉換、升壓(boost)或者降壓(buck)轉換等,並不以此為限。
請參閱圖2,其為如圖1所示電源積體電路1之部分具體電路結構圖。
該轉換執行電路11b包括主控電晶體M1、第一轉換電阻R1、第二轉換電阻R2以及輸出電容Cout。主控電晶體M1電性連接於第一輸入端110以接收該第一輸入電壓Vin、第一輸出端111以輸出第一輸出電壓Vout及第一輸出電流Iout,以及轉換控制電路11a以接收該啟動訊號Vg。該主控電晶體M1用於在轉換控制電路11a提供之啟動訊號Vg之控制下將第一輸入端110接收之第一輸入電壓Vin傳輸至第一輸出端111,同時,該啟動訊號Vg還用於控制流過主控電晶體M1之電流。
具體地,主控電晶體M1包括主控控制電極G1、主控傳輸電極T1、T2,主控控制電極G1電性連接於轉換控制電路11a,主控傳輸電極T1、T2分別電性連接於第一輸入端110與節點A,其中,第一輸出端111亦直接電性連節點A,由此,節點A之電壓等於第一輸出電壓Vout。本實施例中,主控電晶體M1之主控控制電極G1為閘極 ,主控電晶體M1之主控傳輸電極T1為汲極,主控傳輸電極T2為源極。當主控電晶體M1處於導通狀態,則第一輸入電壓Vin加載至主控電晶體M1之主控傳輸電極T1(汲極),則流過主控電晶體M1之電流定義為主控電流Im1。
本實施例中,主控電晶體M1為N型金屬氧化物半導體電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET),且主控電晶體M1之閘極尺寸(寬一長比)表示為W1/L1。
第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2自節點A依次串聯至接地端GND。該第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2用於對第一輸入電壓Vin進行轉換,其中,流過第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2之電流為轉換電流It。
雖然本實施例中轉換執行電路11b包括第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2兩個電阻,可變更地,轉換執行電路11b亦可以僅設置一個電阻執行對應的轉換功能,甚至無需設置第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2。
輸出電容Cout亦電性連接於節點A與接地端GND之間,用於對經該第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2轉後之第一輸入電壓Vin進行儲能濾波處理,進而獲得噪音較小的第一輸出電壓Vout與第一輸出端電流Iout。轉換電流It與第一輸出電流Iout之和等於主控電流Im1,即第一輸出電流Iout=Im1-It。為保證轉換執行電路11b之轉換效率,轉換電流It應遠小於第一輸出電流Iout,It<<Iout,由此,第一輸出電流Iout主控電流Im1。其中,本說明書中所載之「遠小於」指的是相比較之二值相差至少103個數量級。
需要說明的係,第一轉換電阻R1與第二轉換電阻R2之間的節點B作為反饋節點,節點B之電壓(Vout×R2/(R1+R2))或者電流(轉換電流It)可以作為反饋訊號Vfb。
轉換控制電路11a可以為邏輯積體電路,用於輸出啟動訊號Vg至主控電晶體M1之主控控制電極G1,從而控制主控電晶體M1處於導通狀態或截止狀態,以及控制主控電晶體M1處於導通狀態時的電流,最終達成控制第一輸出電壓Vout與第一輸出電流Iout之目的。同時,轉換控制電路11a還接收電流偵測電路10輸出之偵測訊號Is與反饋訊號Vfb,並且依據該偵測訊號Is與反饋訊號Vfb調整啟動訊號Vg,從而更為精確地控制第一輸出電壓Vout與第一輸出電流Iout位於預定範圍內。
電流偵測電路10包括第一偵測電路101、第二偵測電路102以及控制選擇電路103。第一偵測電路101與該第二偵測電路102均電性連接於該第一輸入端110與第一輸出端111之間,該第一偵測電路101依據偵測之第一輸出電流Iout輸出第一偵測訊號,第二偵測電路102依據偵測之第一輸出電流Iout輸出第二偵測訊號。控制選擇電路103電性連接於該第一輸出端111、該第一偵測電路101與第二偵測電路102,當該第一輸出電壓Vout小於一預設的第一參考電壓Vref時,該控制選擇電路103選擇該第一偵測訊號S1作為偵測訊號Is,當該第一輸出電壓Vout大於第一參考電壓Vref時,該控制選擇電路103選擇該第二偵測訊號S2作為偵測訊號Is。當第一輸出電壓Vout較小而無法驅動第二偵測電路102正常工作時,選擇該第一偵測電路101之第一偵測訊號S1作為偵測訊號Is,而在第一輸出電壓Vout足夠大並驅動第二偵測電路102正常工 作時,選擇該第二偵測電路102之第二偵測訊號S2作為偵測訊號Is,從而使得電流偵測電路10能夠在較大範圍的第一輸出電壓Vout中準確地輸出偵測訊號Is。
具體地,第一偵測電路101包括第一偵測電阻Rsa、第一偵測電晶體Ms1以及第一運輸放大器OPA1。
第一偵測電阻Rsa一端電性連接於第一輸入端110,另一端電性連接第一偵測電晶體Ms1。該第一偵測電阻Rsa用於偵測流過第一偵測電晶體Ms1之第一偵測電流Isen1,並且將該第一偵測電流Isen1轉換為第一偵測電壓。
第一偵測電晶體Ms1之汲極T3電性連接第一偵測電阻Rsa;第一偵測電晶體Ms1之源極T4電性連接節點A;第一偵測電晶體Ms1之閘極G2電性連接轉換控制電路11a,用於在轉換控制電路11a輸出之啟動訊號Vg之控制下控制該第一偵測電晶體Ms1處於導通狀態或者截止狀態。當第一偵測電晶體Ms1處於導通狀態時,流過第一偵測電晶體Ms1之電流定義為第一偵測電流Isen1。本實施例中,第一偵測電晶體Ms1亦為N型MOSFET,且其閘極G2之尺寸可以表示為W2/L2。
在本實施例中,主控電晶體M1之主控控制電極G1尺寸與第一偵測電晶體之閘極G2尺寸之比值W1/L1:W2/L2=1:m,m小於1。由此,當主控電晶體M1與第一偵測電晶體Ms1處於相同狀態時,例如加載至該二者閘極之開啟電壓相同時,則流過主控電晶體M1之主控電流Im1與流過第一偵測電晶體Ms1之第一偵測電流Isen1之比例相關可以表示為: Im1:Isen1(Iout)=W1/L1:W2/L2=1:m。
由此,流過主控電晶體M1之主電流Im1與流過第一偵測電晶體Ms1之第一偵測電流Isen1呈對應值線性比例關係,且該比例為1:m。
第一運輸放大器OPA1(Operation Amplifier)包括同相輸入端IN1(non-inverting input terminal)與反相輸入端IN2(inverting input terminal)以及運算輸出端OT1。該同相輸入端IN1電性連接該第一輸入端110,反相輸入端IN2電性連接第一偵測電晶體Ms1之汲極T3,即該第一運算放大器OPA1之同相輸入端IN1與反相輸入端IN2分別電性連接第一偵測電阻Rsa之兩端。第一運輸放大器OPA1用於將該第一偵測電壓Vsa作為第一偵測訊號S1進行輸出。該第一偵測電壓Vsa為第一偵測電阻Rsa之電阻值與第一偵測電流Isen1之乘積(Rsa×Isen1),由此,在第一偵測電阻Rsa之電阻值為常數時,該第一偵測電壓Vsa亦可線性表徵該第一偵測電流Isen1。
第二偵測電路102包括第二偵測電晶體Ms2、參考電流產生單元104以及轉移單元105。
該第二偵測電晶體Ms2亦用於偵測第一輸出電流Iout。第二偵測電晶體之閘極G3電性連接轉換控制電路11a,並在轉換控制電路11a輸出之啟動訊號Vg控制下使得第二偵測電晶體Ms2處於導通狀態或截止狀態。當第二偵測電晶體Ms2處於導通狀態時,流過第二偵測電晶體Ms2之電流定義為第二偵測電流Isen2,且該第二偵測電流Isen2遠小於第一輸出電流Iout。第二偵測電晶體Ms2之汲極T5電性連接第一輸入端110,用於接收第一輸入電壓Vin。第二 偵測電晶體Ms2之源極電性連接轉移單元105。同時,第二偵測電晶體Ms2之源極處定義節點C。本實施例中,該第二偵測電晶體Ms2亦為N型MOSFET,且其第二偵測電晶體之閘極G3之尺寸與第一偵測電晶體之閘極G2尺寸相同,亦表示為W2/L2。第一偵測電晶體Ms1與第二偵測電晶體Ms2之導通電阻之和應遠大於主控電晶體M1之導通電阻。
由此,當主控電晶體M1與第二偵測電晶體Ms2處於相同狀態時,例如加載至該二者閘極之開啟電壓相同時,則流過主控電晶體M1之主控電流Im與流過第二偵測電晶體Ms2之第二偵測電流Isen2之比值可以表示為:Im:Isen2(Iout)=W1/L1:W2/L2=1:m
由此,流過主控電晶體M1之主電流Im與流過第二偵測電晶體Ms2之第二偵測電流Isen2呈線性比例關係,且該比例為1:m。
參考電流產生單元104用於提供第一鏡像電流Ib1與第二鏡像電流Ib2給轉移單元105,其中,第一鏡像電流Ib1與第二鏡像電流Ib2呈線性比例關係。具體地,參考電流產生單元104包括旁路電流源Ibias、第一參考電晶體N1、第二參考電晶體N2、第三參考電晶體N3。其中,流過第二參考電晶體N2之電流為第一鏡像電流Ib1,流過第三參考電晶體N3之電流為第二鏡像電流Ib2。旁路電流源Ibias提供一旁路電流Ib。
第一參考電晶體N1之汲極(未標示)電性連接該旁路電流源Ibias,閘極(未標示)電性電性連接第二參考電晶體N2,源極(未標示)電性連接接地端GND,同時,第一參考電晶體N1之閘 極還直接連接其汲極。由此,流過第一參考電晶體N1之電流等於旁路電流Ib
第二參考電晶體N2之汲極(未標示)電性連接轉移單元105,閘極(未標示)電性連接第一參考電晶體N1之閘極,源極(未標示)電性連接接地端GND。
第三參考電晶體N3之汲極(未標示)電性連接轉移單元105,閘極(未標示)電性連接第一參考電晶體N1之閘極,源極(未標示)電性連接接地端。
第二參考電晶體N2之閘極尺寸(寬-長比)表示為W3/L3,第三參考電晶體N3之閘極尺寸表示為W4/L4,且第二參考電晶體N2之閘極尺寸與第三參考電晶體N3之閘極尺寸之比值表示為W3/L3:W4/L4=n。由此,流過第二參考電晶體N2之第一鏡像電流Ib1與流過第三參考電晶體N3之第二鏡像電流Ib2之比值也成線性關係:Ib1:Ib2=W3/L3:W4/L4=n
本實施例中,第一參考電晶體N1、第二參考電晶體N2與第三參考電晶體N3均為N型MOSFET。其中,本實施方式中,流過第二參考電晶體N2之第一鏡像電流Ib1與流過第三參考電晶體N3之第二鏡像電流Ib2相同或呈比例,Ib1:Ib2=W3/L3:W4/L4=n,n為常數。
轉移單元105用於使得節點C之電壓Vc與節點A之電壓Va(第一輸出電壓Vout)保持一致。轉移單元105包括第一轉移電晶體P1、第二轉移電晶體P2以及第三轉移電晶體P3以及第二感測電阻Rsb。
第一轉移電晶體P1之源極(未標示)電性連接節點C,第一轉移 電晶體P1之閘極(未標示)與汲極(未標示)直接電性連接,並且同時連接第二參考電晶體N2之汲極,使得第一轉移電晶體P1呈二極體連接,並處於飽和導通狀態。由此,當第一轉移電晶體P1處於導通狀態時,流過其源極-汲極之電流與第一鏡像電流Ib1相同。本實施方式中,第一轉移電晶體P1為P型MOSFET,且第一轉移電晶體P1之閘極尺寸表示為W5/L5。
第二轉移電晶體P2之閘極(未標示)電性連接第一轉移電晶體P1之閘極,第二轉移電晶體P2之源極電性連接節點A,其汲極電性連接第三參考電晶體N3之汲極。同時,第二轉移電晶體P2之汲極與第三參考電晶體N3之汲極之間的節點定義為節點D。由此,當第二轉移電晶體P2處於導通狀態時,流過其源極-汲極的電流與第二鏡像電流Ib2相同。本實施方式中,第二轉移電晶體P2為P型MOSFET,且第二轉移電晶體P2之閘極尺寸表示為W6/L6。
其中,第一轉移電晶體P1與第二轉移電晶體P2亦構成電流鏡像電路,且第一轉移電晶體P1之閘極尺寸與第二轉移電晶體P2之閘極尺寸相同,即W5/L5:W6/L6=1,由此,第一轉移電晶體P1與第二轉移電晶體P2之源極-閘極之跨壓Vgs相同,從而電性連接於第一轉移電晶體P1之源極的節點C之電壓Vc與電性連接於第二轉移電晶體P2之源極的節點A之電壓Va相同。由於節點A之電壓與第一輸出電壓Vout相同,則節點C之電壓Vc亦等於第一輸出電壓Vout。
第三轉移電晶體P3之閘極(未標示)電性連接第二轉移電晶體P2之汲極,進一步電性連接節點D,第三轉移電晶體P3之源極電性連接節點C,第三轉移電晶體P3之汲極電性連接第二感測電阻Rsb。由此,當第三轉移電晶體P3處於導通狀態時,流過第三轉移電晶 體的電流定義為第三偵測電流Isen3。第三偵測電流Isen3可表示為:Isen3=Isen2-Ib1。
第二偵測電阻Rsb與該第三轉移電晶體P3串聯,用於偵測該第三偵測電流Isen3,並將該第三偵測電流Isen3轉換為第二偵測電壓Vsb,以及將該第二偵測電壓Vsb作為第二偵測訊號進行輸出。第二偵測電阻Rsb一端電性連接第三轉移電晶體P3之汲極,且該第二偵測電阻Rsb與該第三轉移電晶體P3之間的任一節點定義為節點E,該第二偵測電阻Rsb之另一端電性連接接地端GND。加載於該第二偵測電阻Rsb兩端之電壓,即節點E之電壓定義為第二偵測電壓Vsb。其中,第二偵測電壓Vsb=Rsb×Isen3=Rsb×(Isen2-Ib1),由此,該第二偵測電壓Vsb即可線性表徵流過第二偵測電晶體Ms2之第二偵測電流Isen2。
請參閱圖3,其為如圖2所示控制選擇電路103之具體電路結構圖。
控制選擇電路103包括輸入端103a、參考電壓輸入端103b、第一偵測訊號輸入端103c、第二偵測訊號輸入端103d以及偵測訊號輸出端103e。
其中,該輸入端103a電性連接第一輸出端111,用於接收第一輸出電壓Vout,參考電壓輸入端103b電性連接一參考電壓源(圖未示),用於接收參考電壓Vref,該參考電壓Vref為大於或等於該第一轉移電晶體P1與第二轉移電晶體P2之第一開啟電壓,同時,該第一輸入電壓Vin與該參考電壓Vref之差值大於第一偵測電晶體Ms1、第二偵測電晶體Ms2之第二開啟電壓。優選地,該參考電壓Vref等於該第一轉移電晶體P1之第一開啟電壓。
第一偵測訊號輸入端103c電性連接運算輸出端OT1,用於接收該第一偵測電壓Vsa,第二偵測訊號輸入端103d電性連接節點E,用於接收該第二偵測電壓Vsb。控制選擇電路103依據第一輸出電壓Vout與參考電壓Vref之大小關係,以選擇性地自偵測訊號輸出端103e輸出第一偵測電壓Vsa與第二偵測電壓Vsb。
控制選擇電路103包括比較器1031、反相器1032以及選擇電路1033。比較器1031之同相輸入端(未標示)電性連接輸入端103a,反相輸入端端(未標示)電性連接參考電壓輸入端103b,該比較器1031之輸出端電性連接反相器1032之輸入端與選擇電路1033。反相器1032之輸出端電性連接選擇電路1033。
選擇電路1033包括第一選擇器SW1與第二選擇器SW2,第一選擇器SW1包括第一控制端CS1、第二控制端CS2、第一訊號輸入端SI1與第一訊號輸出端SO1。第一控制端CS1電性連接比較器1031之輸出端,第二控制端CS2電性連接反相器1032之輸出端。第一訊號輸入端SI1電性連接第一偵測訊號輸入端103c,用於接收第一偵測電壓Vsa。第一訊號輸出端SO1電性連接偵測訊號輸出端103e,用於輸出第一偵測電壓Vsa。
其中,第一控制端CS1為反相輸入端,第二控制端CS2為同相輸入端,即當第一控制端CS1加載低電位訊號,第二控制端CS2加載高電位訊號時,第一選擇器SW1處於導通狀態,第一偵測電壓Vsa輸出至偵測訊號輸出端103e;當第一控制端CS1加載高電位訊號或第二控制端CS2加載低電位訊號時,第一選擇器SW1處於截止狀態,第一偵測電壓Vsa停止輸出至偵測訊號輸出端103e。
第二選擇器SW2包括第三控制端CS3、第四控制端CS4、第二訊號 輸入端SI2與第二訊號輸出端SO2。第三控制端CS3電性連接比較器1031之輸出端,第四控制端CS4電性連接反相器1032之輸出端。第二訊號輸入端SI2電性連接第二偵測訊號輸入端103d,用於接收第二偵測電壓Vsb。第二訊號輸出端SO2電性連接偵測訊號輸出端103e,用於選擇性將第二偵測電壓Vsb傳輸至偵測訊號輸出端103e。
同理,第三控制端CS3為反相輸入端,第四控制端CS4為同相輸入端,即當第三控制端CS3加載低電位訊號,第四控制端CS4加載高電位訊號時,第二選擇器SW2處於導通狀態,第二偵測電壓Vsb輸出至偵測訊號輸出端103e;當第三控制端CS3加載高電位訊號,第四控制端CS4加載低電位訊號時,第二選擇器SW2處於截止狀態,第二偵測電壓Vsb停止輸出至偵測訊號輸出端103e。
本實施例中,第一選擇器SW1與第二選擇器SW2均為一PMOS電晶體與NMOS電晶體並聯構成,其中,PMOS電晶體之源極與NMOS電晶體之源極電性連接並作為第一訊號輸入端SI1或者第二訊號輸入端SI2;PMOS電晶體之汲極與NMOS電晶體之汲極電性連接並作為第一訊號輸出端SO1或者第二訊號輸出端SO2。PMOS電晶體之閘極作為反相輸入端,如第一控制端CS1與第三控制端CS3,NMOS電晶體之閘極作為同相輸入端,如第二控制端CS2與第四控制端CS4。
下面結合圖2與圖3簡單說明電源積體電路1之工作流程。
電源積體電路1上電工作後,第一輸出電壓Vout小於參考電壓Vref時,控制選擇電路103使得第一選擇器SW1處於導通狀態,第二選擇器SW2處於截止狀態,則第一偵測電壓Vsa傳輸至偵測訊號輸出端103e,表示該第一偵測電流Isen1對應之第一偵測電壓Vsa 作為偵測訊號1s。
轉換控制電路11a依據該偵測訊號Is調整啟動訊號Vg,以最終達成較為精確地控制第一輸出電壓Vout與第一輸出電流Iout維持在預定範圍內。
在第一輸出電壓Vout小於參考電壓Vref時,控制選擇電路103選擇第一偵測電路101輸出之第一偵測電壓Vsa作為偵測訊號Is。這時,主控電晶體M1、第一偵測電晶體Ms1以及第二偵測電晶體Ms2在啟動訊號Vg控制下處於導通狀態,加載於主控電晶體M1、第一偵測電晶體Ms1以及第二偵測電晶體Ms2之汲極-源極之電壓差(Vin-Vout)明顯大於其第二開啟電壓,主控電晶體M1、第一偵測電晶體Ms1以及第二偵測電晶體Ms2均處於飽和導通狀態。當主控電晶體M1與第一偵測電晶體Ms1均處於飽和導通狀態時,流過主控電晶體M1與第一偵測電晶體Ms1之電流與加載於主控電晶體M1與第一偵測電晶體Ms1之源極-汲極電壓無關,由此,能夠有效保證流過主控電晶體M1之第一輸出電流Iout與第一偵測電流Isen1之比值準確地維持在1:m。
當第一輸出電壓Vout大於參考電壓Vref時,控制選擇電路103使得第一選擇器SW1處於截止狀態,第二選擇器SW2處於導通狀態,則第二偵測電壓Vsb傳輸至偵測訊號輸出端103e,表徵該第二偵測電流Isen2之第二偵測電壓Vsb作為偵測訊號Is。轉換控制電路11a依據該偵測訊號Is調整啟動訊號Vg。
在第一輸出電壓Vout大於等於參考電壓Vref時,控制選擇電路103選擇第二偵測電路102輸出的第二偵測電壓Vsb作為偵測訊號。這時,由於第一輸出電壓Vout大於參考電壓Vref,則第一輸出 電壓Vout明顯大於該三個轉移電晶體之開啟電壓,故,第一轉移電晶體P1、第二轉移電晶體P2以及第三轉移電晶體P3均能夠正常工作,並準確地輸出第三偵測電流Isen3。
同時,由於節點C的電壓與節點A的電壓相同,則加載於主控電晶體M1源極的電壓與加載於第二偵測電晶體Ms2源極之電壓相同,從而能夠有效保證主控電晶體M1之源極-汲極電壓與第二偵測電晶體Ms2之源極-汲極電壓相同,進而能夠有效保證流過主控電晶體M1之第一輸出電流Iout與第二偵測電流Isen2之比值準確地維持在1:m。
相較於先前技術,當第一輸出電壓Vout較小時,如小於參考電壓Vref時,該第一輸出電壓Vout有可能無法驅動轉移單元105中的電晶體啟動,從而導致第二偵測電路102無法正常工作或者輸出並不準確的第二偵測電壓Vsb。由此,該選擇控制電路103選擇該第一偵測電路101輸出之第一偵測電壓Vsa作為偵測訊號Is,保證了偵測訊號Is之準確性。
在第一輸出電壓Vout大於參考電壓Vref時,控制選擇電路103選擇第二偵測電壓Vsb作為偵測訊號Is,從而能夠有效防止由於第一輸出電壓Vout與第一輸入電壓Vin之電壓差較小而使得第一偵測電晶體Ms1與主控電晶體M1處於線性導通狀態,由於第一偵測電阻Rsa之分壓使得加載於第一偵測電晶體Ms1之電壓與主控電晶體M1之電壓不同,最終導致第一輸出電流Iout與第一偵測電流Isen1之比例不能正確地維持在1:m。
可見,無論第一輸出電壓Vout處於何種範圍,偵測電路10均能夠保證第一偵測電流Iaen1、第二偵測電流Isen2與第一輸出電流 Iout之比值保持在1:m,從而保證偵測訊號Is之準確性。
綜上所述,本發明符合發明專利要件,爰依法提出專利申請。惟,以上所述者僅為本發明之較佳實施方式,本發明之範圍並不以上述實施方式為限,舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化,皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧電流偵測電路
110‧‧‧第一輸入端
111‧‧‧第一輸出端
11a‧‧‧轉換控制電路
11b‧‧‧轉換執行電路
M1‧‧‧主控電晶體
R1‧‧‧第一轉換電阻
R2‧‧‧第二轉換電阻
G1‧‧‧主控控制電極
T1、T2‧‧‧主控傳輸電極
GND‧‧‧接地端
101‧‧‧第一偵測電路
Rsa‧‧‧第一偵測電阻
Ms1‧‧‧第一偵測電晶體
OPA1‧‧‧第一運算放大器
IN1‧‧‧同相輸入端
IN2‧‧‧反相輸入端
OT1‧‧‧運算輸出端
102‧‧‧第二偵測電路
Ms2‧‧‧第二偵測電晶體
104‧‧‧參考電流產生單元
105‧‧‧轉移單元
Ib1‧‧‧第一鏡像電流
Ib2‧‧‧第二鏡像電流
Ibias‧‧‧旁路電流源
Ib‧‧‧旁路電流
N1‧‧‧第一參考電晶體
N2‧‧‧第二參考電晶體
N3‧‧‧第三參考電晶體
P1‧‧‧第一轉移電晶體
P2‧‧‧第二轉移電晶體
P3‧‧‧第三轉移電晶體
Rsb‧‧‧第二感測電阻
103‧‧‧控制選擇電路
G2‧‧‧第一偵測電晶體之閘極
T3‧‧‧第一偵測電晶體之汲極
T4‧‧‧第一偵測電晶體之源極
G3‧‧‧第二偵測電晶體之閘極
T5‧‧‧第二偵測電晶體之汲極
T6‧‧‧第二偵測電晶體之源極
Iout‧‧‧第一輸出電流
Is‧‧‧偵測訊號
Im‧‧‧主控電流
Isen1‧‧‧第一偵測電流
Isen2‧‧‧第二偵測電流
Isen3‧‧‧第三偵測電流
Vfb‧‧‧反饋訊號
Vsa‧‧‧第一偵測電壓
Vsb‧‧‧第二偵測電壓
Vg‧‧‧啟動訊號
Cout‧‧‧輸出電容
A、B、C、D、E‧‧‧節點

Claims (16)

  1. 一種電流偵測電路,用於偵測一電壓轉換電路之第一輸出電流並輸出對應之偵測訊號,該電壓轉換電路包括第一輸入端與第一輸出端,該第一輸入端用於接收第一輸入電壓,該電壓轉換電路將該第一輸入電壓變換為第一輸出電壓,該第一輸出電壓與該第一輸出電流自該第一輸出端輸出至一負載電路,該第一輸出端該用於輸出該第一輸出電流,其中,該電流偵測電路還包括第一偵測電路、第二偵測電路與控制選擇電路,該第一偵測電路與該第二偵測電路均電性連接於該第一輸入端與第一輸出端之間,該第一偵測電路依據偵測之第一輸出電流輸出一第一偵測訊號,該第二偵測電路依據偵測之第一輸出電流輸出第二偵測訊號,該控制選擇電路電性連接於該第一輸出端、該第一偵測電路與第二偵測電路,當該第一輸出電壓小於一預設的第一參考電壓時,該控制選擇電路選擇該第一偵測訊號作為偵測訊號;當該第一輸出電壓大於第一參考電壓時,該控制選擇電路選擇該第二偵測訊號作為偵測訊號。
  2. 如請求項項1所述的電流偵測電路,其中,當該第一輸出電壓小於該第一參考電壓時,該第一偵測訊號較該第二偵測訊號準確地表徵該第一輸出電流,當該第一輸出電壓大於該第一參考電壓時,該第二偵測訊號較該第一偵測訊號準確地表徵該第一輸出電流。
  3. 如請求項2所述的電流偵測電路,其中,該第一偵測電路包括第一偵測電阻、第一偵測電晶體及第一運輸放大器,該第一偵測電晶體之汲極藉由該第一偵測電阻電性連接該第一輸入端;第一偵測電晶體之源極電性連接該第一輸出端;第一偵測電晶體之閘極接收該啟動訊號,並在該啟動訊號控制下導通或截止,該偵測電晶體用於偵測流過該主控電晶體之主 控電流,並輸出該第一偵測電流,該第一偵測電阻用於將該第一偵測電流轉換為第一偵測電壓,該運輸放大器之二輸入端分別電性連接該第一偵測電阻的兩端,用於將該第一偵測電壓作為第一偵測訊號輸出,該第一偵測電壓與該第一偵測電流呈線性關係。
  4. 如請求項2所述的電流偵測電流,其中,該第二偵測電路包括第二偵測電晶體、參考電流產生單元以及轉移單元,該第二偵測電晶體用於偵測該第一輸出電流,並依據該第一輸出電流輸出第二偵測電流,第二偵測電晶體之閘極接收該啟動訊號,並在該啟動訊號之控制下處於導通或者截止狀態,該第二偵測電晶體之汲極電性連接該第一輸入端,源極電性連接該轉移單元,該參考電流單元電性連接該轉移單元,用於為該轉移單元提供參考電流給轉移單元,該轉移單元依據該參考電流使得該第二偵測電晶體源極之電壓與該第一輸出端之電壓相同,同時,該轉移單元用於依據該第二偵測電流輸出一第二偵測電壓,並將該第二偵測電壓作為第二偵測訊號輸出,該第二偵測電壓與該第二偵測電流呈線性比例關係。
  5. 如請求項4所述的電流偵測電路,其中,該第二偵測電流與該主控電流呈線性比例關係。
  6. 如請求項4所述的電流偵測電路,其中,該主控電晶體閘極之寬-長比與第一偵測電晶體閘極之寬-長比為1:m,m小於1。
  7. 如請求項6所述的電流偵測電路,其中,該參考電流產生單元包括構成比例鏡像電路之旁路電流源、第一參考電晶體、第二參考電晶體、第三參考電晶體,流過第二參考電晶體之電流為第一鏡像電流,流過第三參考電晶體之電流為第二鏡像電流,該一參考電晶體之汲極電性連接該旁路電流源,閘極電性電性連接第二參考電晶體,源極電性連接接地端,第一參考電晶體之閘極還直接連接其汲極,該第二參考電晶體之汲極電性 連接轉移單元,閘極電性連接第一參考電晶體之閘極,源極電性連接接地端,該第三參考電晶體之汲極電性連接轉移單元,閘極電性連接該第一參考電晶體之閘極,源極電性連接接地端。
  8. 如請求項7所述的電流偵測電路,其中,該第二參考電晶體之閘極尺寸與第三參考電晶體之閘極尺寸成線性關係。
  9. 如請求項8所述的電流偵測電路,其中,該轉移單元包括第一轉移電晶體與第二轉移電晶體,該第一轉移電晶體之源極電性連接該第二偵測電晶體之源極,閘極與汲極直接電性連接,並且同時連接該第二參考電晶體之汲極,該第二轉移電晶體之閘極電性連接第一轉移電晶體之閘極,源極電性連接該第一輸出端,汲極電性連接第三參考電晶體之汲極,該第一轉移電晶體之閘極尺寸與第二轉移電晶體之閘極尺寸相同。
  10. 如請求項9所述的電流偵測電路,其中,該轉移單元還包括一第三轉移電晶體及第二感測電阻,該第三轉移電晶體之閘極電性連接該第二轉移電晶體之汲極,源極電性連接該第二偵測電晶體之源極,汲極藉由該第二感測電阻電性連接該接地端,該第三轉移電晶體用於依據第二偵測電流輸出一第三偵測電流,該第二感測電阻用於將該第三偵測電流轉換為第二偵測電壓,該第二偵測電壓與該第二偵測電流呈線性關係。
  11. 如請求項2所述的電流偵測電路,其中,該控制選擇電路包括輸入端、參考電壓輸入端、第一偵測訊號輸入端、第二偵測訊號輸入端以及偵測訊號輸出端,該輸入端電性連接該第一輸出端,該參考電壓輸入端用於接收該第一參考電壓,該第一參考電壓為大於或等於該第一轉移電晶體與第二轉移電晶體之開啟電壓,該第一偵測訊號輸入端用於接收該第一偵測電壓,該第二偵測訊號輸入端用於接收該第二偵測電壓,該控制選擇電路依據第一輸出電壓與參考電壓之大小關係,自該偵測訊號輸出端選擇性地輸出該第一偵測電壓或第二偵測電壓。
  12. 如請求項11所述的電流偵測電路,其中,該控制選擇電路包括比較器、反相器以及選擇電路,該比較器之同相輸入端電性連接該輸入端,反相輸入端端電性連接該參考電壓輸入端,且該比較器之輸出端電性連接該反相器之輸入端與該選擇電路,該反相器之輸出端電性連接該選擇電路。
  13. 如請求項12所述的電流偵測電路,其中,該選擇電路包括第一選擇器與第二選擇器,該第一選擇器包括一第一控制端、第二控制端、第一訊號輸入端與第一訊號輸出端,該第一控制端電性連接該比較器之輸出端,該第二控制端電性連接該反相器之輸出端,該第一訊號輸入端電性連接該第一偵測訊號輸入端,用於接收該第一偵測電壓,該第一訊號輸出端電性連接該偵測訊號輸出端,用於輸出該第一偵測電壓,該第二選擇器包括第三控制端、第四控制端、第二訊號輸入端與第二訊號輸出端,該第三控制端電性連接該比較器之輸出端,該第四控制端電性連接該反相器之輸出端,該第二訊號輸入端電性連接該第二偵測訊號輸入端,用於接收該第二偵測電壓,該第二訊號輸出端電性連接該偵測訊號輸出端,用於選擇性將該第二偵測電壓傳輸至該偵測訊號輸出端。
  14. 如請求項13所述的電流偵測電路,其中,該第一控制端與該第三控制端為反相輸入端,該第二控制端與該第四控制端為同相輸入端,當該第一控制端與該第三控制端加載低電位訊號,該第二控制端與該第四控制端加載高電位訊號時,該第一選擇器處於導通狀態,該第二選擇器處於截止狀態,該第一偵測電壓自該偵測訊號輸出端;當該第一控制端與該第三控制端加載高電位訊號,該第二控制端與該第四控制端加載低電位訊號時,該第一選擇器處於截止狀態,該第二選擇器處於導通狀態,第二偵測電壓自該偵測訊號輸出端輸出。
  15. 一種電源積體電路,包括一電壓轉換電路與如請求項1-14項任意一項之 電流偵測電路,該電壓轉換電路包括一轉換控制電路與一轉換執行電路,該轉換執行電路用於將該第一輸入電壓轉換為該第一輸出電壓與該第一輸出電流,該轉換執行電路包括一主控電晶體以及一輸出電容,該主控電晶體電性連接於該第一輸入端及第一輸出端之間,該輸出電容電性連接於該第一輸出端與一接地端之間,該轉換執行電路電性連接該轉換執行電路與該電流偵測電路,且該轉換控制電路依據該偵測訊號控制該第一輸出電流維持在預定範圍內。
  16. 如請求項15所述的電源積體電路,其中,該轉換執行電路還包括至少一轉換電阻,該至少一轉換電阻電性連接於該第一輸出端與一接地端之間,用於在一啟動訊號之控制下將第一輸入端接收之該第一輸入電壓傳輸至該第一輸出端,該轉換電阻的電阻值大於該主控電晶體之導通電阻,使得流過該主控電晶體的主控電流與該第一輸出電流相同。
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