電子器件制造技術

本文公開了一種電子器件，包括：線性輸出級，被配置成根據輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓；以及降壓輸出級，被配置成根據輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓。控制電路被配置成：如果負載用于將輸出電壓維持在期望電平處所需的電流小于限制電流，則啟用線性輸出級且禁用降壓輸出級；以及如果負載用于將輸出電壓維持在期望電平處所需的電流大于限制電流，則啟用降壓輸出級并且在啟用降壓輸出級之后的延遲時間段處禁用所述線性輸出級。根據本申請的方案，可以提供一種能夠在降壓模式以及低功率待機模式中操作的改進的電壓調節器，從而提高電壓調節器的效率。

【技術實現步驟摘要】

本公開涉及電壓調節器的領域，且更具體而言，涉及一種能夠在低功耗待機模式和降壓模式中操作的電壓調節器。
技術介紹
降壓調節器是一種開關電壓調節器，其將未調節的輸入電壓轉換成較低的經調節的輸出電壓。電壓調節器所消耗的電流可以被分成兩部分，即提供給負載的功率和提供給降壓調節器本身的功率。在正常操作中，當負載所需的電流處于某個范圍內時，調節器可以保持高轉換效率，因為提供給負載的功率遠高于提供給降壓調節器本身的功率。當負載所需的電流較低或甚至為零時，轉換效率低得多，因為從電源提供的功率中的大部分被提供給降壓調節器本身。出于對當負載所需的電流較低時提高降壓調節器的效率的考慮，期望在降壓調節器的領域中有進一步的進展。
技術實現思路
提供本概述以引入以下在具體實施方式中進一步描述的概念選擇。本概述并非旨在指出所要保護的主題的關鍵點或必要特征，也不旨在用于輔助限制所要保護的主題的范圍。本申請的目的就在于提供一種改進的降壓調節器。本文所公開的電子器件包括：線性輸出級，被配置成根據輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓；降壓輸出級，被配置成根據輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓。控制電路被配置成：如果負載用于將所述輸出電壓維持在期望電平處所需的電流小于限制電流，則啟用所述線性輸出級且禁用所述降壓輸出級；以及如果負載用于將輸出電壓維持在期望電平處所需的電流大于限制電流，則啟用所述降壓輸出級且在啟用所述降壓輸出級之后的延遲時間段處禁用所述線性輸出級。本文還公開了一種電子器件包括：誤差放大器，被配置成根據參考電壓和來自反饋節點的反饋電壓來生成誤差節點上的誤差電壓；以及線性輸出級，被配置成按照使得流過輸出節點的輸出電流不大于限制電流的方式，根據來自輸入節點的輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓。降壓輸出級被配置成按照使得流過輸出節點的輸出電流大于限制電流的方式，根據所述輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓。反饋回路將所述輸出節點耦合到所述反饋節點，以及控制電路被配置成：根據所述誤差電壓來選擇性地啟用和禁用所述線性輸出級和所述降壓輸出級，所述降壓輸出級的選擇性啟用在所述線性輸出級的選擇性禁用之前的延遲時間段處出現。根據本申請的方案，可以提供一種能夠在降壓模式以及低功率待機模式中操作的改進的電壓調節器，從而提高電壓調節器的效率。附圖說明圖1是根據本公開的能夠在降壓模式和低功耗待機模式中操作的調節器的示意性框圖。圖2是圖1的調節器的更詳細示意圖。具體實施方式在以下的描述中，闡述多種細節以提供對本公開的理解。然而，本領域技術人員將明白的是，本公開的實施例可以在沒有這些細節的情況下進行實施，并且從所描述的實施例進行的多種變型或修改可以是可行的。總體而言，這里公開的是一種能夠在降壓模式以及低功率待機模式中操作的電壓調節器。為此，向降壓調節器添加限制電流的線性輸出級，以當負載需求電流低時在處于待機模式的同時在輸入和輸出之間傳導功率。同時，禁用在待機模式中無用的降壓輸出級，以節省功率。降壓調節器本身的誤差放大器在低功率模式期間控制線性輸出級。因而，電壓調節器當處于低功率模式時作為線性調節器工作并且當處于正常操作模式時作為降壓調節器工作。在誤差放大器的輸出和線性輸出級的輸入之間添加偏移電壓，以助于在線性模式和降壓模式之間進行切換。使用控制電路來確定將啟用電壓調節器的哪個部分。更具體而言，在圖1中示出了電壓調節器100。電壓調節器100包括誤差放大器102，誤差放大器102接收參考電壓Vref和反饋電壓Vfb作為輸入并且生成至節點VC的誤差電壓Vc。誤差放大器102具有被耦合至電源電壓Vcc和接地的供電端子。補償網絡104被耦合在節點VC和接地之間。補償網絡104包括串聯耦合的電阻器R0和電容器C0，該串聯耦合的電阻器R0和電容器C0在節點VC和接地之間與電容器C1并聯耦合。節點VC直接耦合到控制電路107、降壓輸出級120并且通過偏移生成器VOFFSET而耦合到線性輸出級106。控制電路107向線性輸出級106和降壓調節器120二者提供輸出。線性輸出級106向輸出節點VOUT提供輸出，而降壓調節器120向電感器L1提供輸出，電感器L1耦合到輸出節點VOUT。二極管D1的陰極耦合到電感器L1的第一端子，并且二極管D1的陽極耦合至接地。如果所示降壓架構使用異步整流技術，則二極管D1是降壓架構的續流二極管。如果所示降壓架構使用同步整流技術，則二極管D1可以由低側開關取代。串聯耦合的電阻器R1和R2被耦合在電感器L1的第二端子與接地之間。負載電容器或輸出濾波器電容器Cload被耦合在輸出節點VOUT與接地之間，并且負載130被耦合在輸出節點VOUT與接地之間。在操作中，誤差放大器102根據參考電壓Vref和反饋電壓Vfb之間的差別來生成誤差節點VC上的誤差電壓Vc。反饋電壓Vfb是由分壓器在節點VFB處所分出的輸出電壓Vout的電壓，該分壓器由被耦合在輸出節點VOUT與接地之間的電阻器R1和R2形成。補償網絡104提供環路穩定性。控制電路107根據誤差電壓Vc來選擇性地啟用和禁用線性輸出級106和降壓輸出級120。更具體地，當調節器在待機模式中操作時，如果所生成的誤差電壓Vc在至少閾值時間段內低于閾值電壓，則控制電路107則啟用線性輸出級106并禁用降壓輸出級120。當調節器在正常操作模式中操作時，如果誤差電壓Vc不低于閾值電壓，則控制電路107則禁用線性輸出級106并啟用降壓輸出級120。線性輸出級106當被啟用時，按照使得流過輸出節點VOUT的輸出電流不大于限制電流的方式，根據輸入電壓Vin來生成輸出電壓Vout。限制電流在例如10ma量級上。相反，降壓輸出級120當被啟用時，被配置為按照使得流過輸出節點VOUT的輸出電流大于限制電流的方式，根據輸入電壓Vin來生成輸出電壓Vout。因此，換言之，如果負載130為了將輸出電壓Vout維持在期望電平處所需的電流不大于限制電流，則控制電路107啟用線性輸出級106并禁用降壓輸出級120，并且如果負載130為了將輸出電壓Vout維持在期望電平處所需的電流大于限制電流，則控制電路107禁用線性輸出級106并啟用降壓輸出級120。除了當在正常操作模式中操作時的功耗減小之外，由于限制電流，線性輸出級106的功率晶體管可以較小，也節省了硅面積。參照圖2，將給出電壓調節器100的更多細節。具體而言，控制電路107包括被耦合到節點OV的電流生成器IOV。晶體管M5的漏極被耦合到節點OV，源極通過電阻器R3被耦合至接地，柵極被耦合至節點VC。第一延遲模塊108具有被耦合到節點OV的輸入和被耦合到NAND門110的第二輸入的輸出。NAND門110的第一輸入也被耦合到節點OV。NAND門110的輸出被耦合到第二延遲模塊114的輸入，該第二延遲模塊114的輸出又被耦合到NAND門112的第二輸入。NAND門112的第一輸入被耦合到NAND門110的輸出，并且NAND門112的輸出被耦合到線性輸出級106。更具體而言，線性輸出級106包括限制電流生成器ILIM。晶體管M4的源極耦合到限制電流生成器ILIM，漏極耦合到節點N2，柵極耦合到NAND門112的輸出。晶體管M3的源極耦合到節本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電子器件，其特征在于，包括：線性輸出級，被配置成根據輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓；降壓輸出級，被配置成根據所述輸入電壓生成至所述輸出節點的所述輸出電壓；以及控制電路，被配置成：如果負載用于將所述輸出電壓維持在期望電平處所需的電流小于限制電流，則啟用所述線性輸出級且禁用所述降壓輸出級；如果所述負載用于將所述輸出電壓維持在所述期望電平處所需的所述電流大于所述限制電流，則啟用所述降壓輸出級并且在啟用所述降壓輸出級之后的延遲時間段處禁用所述線性輸出級。

【技術特征摘要】
1.一種電子器件，其特征在于，包括：線性輸出級，被配置成根據輸入電壓生成至輸出節點的輸出電壓；降壓輸出級，被配置成根據所述輸入電壓生成至所述輸出節點的所述輸出電壓；以及控制電路，被配置成：如果負載用于將所述輸出電壓維持在期望電平處所需的電流小于限制電流，則啟用所述線性輸出級且禁用所述降壓輸出級；如果所述負載用于將所述輸出電壓維持在所述期望電平處所需的所述電流大于所述限制電流，則啟用所述降壓輸出級并且在啟用所述降壓輸出級之后的延遲時間段處禁用所述線性輸出級。2.如權利要求1所述的電子器件，其特征在于，如果根據所述輸出電壓生成的誤差電壓在至少閾值時間段內小于閾值電壓，則所述控制電路啟用所述線性輸出級且禁用所述降壓輸出級。3.如權利要求1所述的電子器件，其特征在于，如果根據所述輸出電壓生成的誤差電壓不小于閾值電壓，則所述控制電路禁用所述線性輸出級且啟用所述降壓輸出級。4.一種電子器件，其特征在于，包括：誤差放大器，被配置成根據參考電壓和來自反饋節點的反饋電壓來生成誤差節點上的誤差電壓；線性輸出級，被配置成按照使得流過輸出節點的輸出電流不大于限制電流的方式，根據來自輸入節點的輸入電壓來生成至所述輸出節點的輸出電壓；降壓輸出級，被配置成按照使得流過所述輸出節點的所述輸出電流大于所述限制電流的方式，根據所述輸入電壓來生成至所述輸出節點的所述輸出電壓；反饋回路，將所述輸出節點耦合到所述反饋節點；以及控制電路，被配置成：根據所述誤差電壓來選擇性啟用和禁用所述線性輸出級和所述降壓輸出級，所述降壓輸出級的選擇性啟用在所述線性輸出級的選擇性禁用之前的延遲時間段處出現。5.如權利要求4所述的電子器件，其特征在于，如果所述誤差電壓在至少閾值時間段內小于閾值電壓，則所述控制電路啟用所述線性輸出級且禁用所述降壓輸出級。6.如權利要求4所述的電子器件，其特征在于，如果所述誤差電壓不小于閾值電壓，則所述控制電路禁用所述線性輸出級且啟用所述降壓輸出級。7.如權利要求4所述的電子器件，其特征在于，所述線性輸出級包括：限制電流生成器，被配置成生成所述限制電流；電流鏡，具有耦合到第一節點的輸入和耦合到所述輸出節點的輸出；以及第三晶體管和第四晶體管，源極和漏極連接在所述第一節點和所述限制電流生成器之間，所述第三晶體管根據所述誤差電壓來控制，所述第四晶體管通過所述控制電路來控制。8.如權利要求7所述的電子器件，其特征在于，所述電流鏡包括：晶體管，具有耦合到所述輸入節點的第一導電端子、耦合到所述第一節點的第二導電端子以及控制端子；第一晶體管，具有耦合到所述輸入節點的第一導電端子、耦合到所述輸出節點的第二導電端子以及耦合到所述晶體管的控制端子的控制端子。9.如權利要求4所述的電子器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔正昊，
申請(專利權)人：世意法北京半導體研發有限責任公司，
類型：新型
國別省市：北京;11