一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，有可轉(zhuǎn)換冗余的輸入端，它在轉(zhuǎn)換到冗余輸入的之前、期間和之后都具有低壓差。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，發(fā)明的穩(wěn)壓器包括兩個(gè)被誤差放大器的輸出控制的晶體管，還有一個(gè)冗余輸入電壓源。當(dāng)?shù)谝惠斎腚妷捍笥诘诙斎腚妷簳r(shí)，第一晶體管導(dǎo)通。當(dāng)?shù)诙斎腚妷捍笥诘谝惠斎腚妷簳r(shí)，另一個(gè)晶體管導(dǎo)通。當(dāng)兩端的電壓相等時(shí)，兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，一個(gè)輸入電壓是由電池提供的，另一個(gè)是由被電池充電了的儲(chǔ)存電容提供的。當(dāng)電池失效時(shí)，儲(chǔ)存電容會(huì)放電，因此在電池失效的情況下作為一個(gè)時(shí)變的冗余電壓源。
【專利說(shuō)明】一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠自身切換冗余輸入電壓的穩(wěn)壓電路。更具體地，本發(fā)明涉及能夠自身切換冗余輸入的具有低壓差而與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)的穩(wěn)壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002]ー個(gè)典型的傳統(tǒng)的集成電路穩(wěn)壓器展示在圖1中。一個(gè)誤差放大器(放大器I)來(lái)比較參考電壓VR (圖1的例子中為1.25伏)和ー個(gè)正比于輸出電壓的信號(hào)。放大器的輸出控制ー個(gè)輸出電流流過(guò)的晶體管(PNP晶體管2)，通過(guò)調(diào)整晶體管，輸出電壓(Vwt)能夠等于ー個(gè)參考電壓的固定倍數(shù)(kVR)。源電壓(有時(shí)在本文中稱為“輸入電壓”)，被提供給晶體管的發(fā)射扱。
[0003]一個(gè)穩(wěn)壓器的特征在于它的“壓差”，就是最低的源電壓，能夠允許穩(wěn)壓器輸出電壓保持在ー個(gè)上述的參考電壓固定倍數(shù)的恒定的值kVR。
[0004]在傳統(tǒng)的圖1的電路中，一個(gè)冗余源電壓(VIN)被提供到晶體管2的發(fā)射極。源電壓在這里是冗余的，源電壓通常從電池通過(guò)ー個(gè)ニ極管D被提供(在這里被表示為VBAT)，但是如果電池失效了，提供到晶體管2的源電壓就是時(shí)變的電容C1的電壓Vc (在電容C1放電時(shí)V。會(huì)變化)。利用ニ極管D切換到冗余輸入電壓V。是不希望的，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致圖1電路具有較聞的壓差。
[0005]直到本發(fā)明的出現(xiàn)，才知道如何用可切換的冗余輸入來(lái)構(gòu)建ー個(gè)低壓差穩(wěn)壓器，在切換到冗余輸入之前，期間和之后都具有一個(gè)低壓差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的穩(wěn)壓器包括被一個(gè)誤差放大器的輸出所控制的兩個(gè)晶體管還有冗余輸入電壓源“VBAT”和“VCC”。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
當(dāng)VBAT大于VCC時(shí)，第一晶體管導(dǎo)通，當(dāng)VCC大于VBAT吋，另ー個(gè)晶體管導(dǎo)通，當(dāng)VCC和VBAT相等吋，兩個(gè)晶體管都導(dǎo)通。
[0008]在優(yōu)選的實(shí)施例中，VBAT由電池提供，VCC由電池充電的儲(chǔ)存電容提供。當(dāng)電池失效時(shí)，儲(chǔ)存電容放電。因此在電池失效的情況下作為ー個(gè)時(shí)變的冗余電壓源。
[0009]對(duì)比專利文獻(xiàn):CN200979668Y —種雙低壓差線性穩(wěn)壓器電路200620163360。
[0010]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1是ー個(gè)常規(guī)冗余輸入穩(wěn)壓器的示意性電路圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓器的示意性電路圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓器的示意性電路圖。
[0013]圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)穩(wěn)壓器的典型的輸入和輸出電壓的特性的曲線圖。
[0014]【具體實(shí)施方式】:
圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓器的示意性電路圖。參考電壓信號(hào)被提供到傳統(tǒng)誤差放大器I的同相輸入端4。順序通道半導(dǎo)體管Ql的基極和順序通道半導(dǎo)體管Q2的基極連接到誤差放大器I的輸出端。
[0015]晶體管Ql的集電極10通過(guò)電阻Rltl連接到誤差放大器I的反相輸入端5。同樣的晶體管Q2的集電極11通過(guò)電阻Rltl連接到誤差放大器I的反相輸入端5。ー個(gè)正比于輸出電壓Vwt的信號(hào)(Vf)通過(guò)電阻Rltl反饋到誤差放大器I的反相輸入端5。放大器I比較端子4和5處的電壓信號(hào)，并且產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，它的大小正比于參考電壓VR和電壓信號(hào)Vf的差值，來(lái)控制晶體管Ql和Q2的基板。輸出電壓端Vwt通過(guò)外部電容C2連接到高于地電勢(shì)，并且電阻R11連接在地電勢(shì)和節(jié)點(diǎn)Vf之間。電壓源Vb連接到誤差放大器I的偏置端14，為了以傳統(tǒng)方式來(lái)給誤差放大器I提供偏置電流。
[0016]假設(shè)ー開始晶體管Ql的發(fā)射極的電勢(shì)足夠高，晶體管Ql導(dǎo)通，如果提供到放大器I的輸入端5的電壓增加，超過(guò)參考電壓VR(在圖1中等于1.25伏，而不一定需要等于1.25伏)，那么放大器I的輸出會(huì)増加提供到晶體管Ql基極的電壓，因而減小了 Vbe并且減小了通過(guò)晶體管Ql的電流，直到Vrat減小到所需的輸出值kVR。同樣的，如果提供到放大器I的輸入端5的電壓減小到低于VR，那么放大器I的輸出會(huì)減小提供到晶體管Ql基極的電壓，因而增加了 Vbe并且増大了通過(guò)晶體管Ql的電流，并且抬高Vrat到所需的輸出值kVR。在一個(gè)模式下，晶體管Q2導(dǎo)通吋，放大器I的輸出端12通過(guò)電阻Rltl進(jìn)行反饋，晶體管Q2的基極13讓放大器I以與控制晶體管Ql相同的方式控制Q2。
[0017]由于存儲(chǔ)電容器C1和晶體管Q2的發(fā)射極(還有電容C1和晶體管Ql的發(fā)射極之間的二極管)之間的二極管Dltl的存在下，只有當(dāng)VBAT是大于或等于VCC，電流將流過(guò)晶體管Q2。如果VCC大于K似7，那么電流將流過(guò)晶體管Ql，而沒(méi)有明顯的電流將流經(jīng)晶體管Q2。在ー種模式，其中VCC等于VBAT，電流將流過(guò)兩個(gè)晶體管Ql和Q2。
[0018]如果吸^最初是大于 VCC，VBAT通過(guò)二極管Dltl給存儲(chǔ)電容C1充電，直到VCC等于_/減去二極管Dltl兩端的電壓降。如果下降到低于VCC(例如，與相關(guān)的電池出現(xiàn)故障)，電容C1會(huì)放電，并且相關(guān)聯(lián)的、隨時(shí)間變化的電壓將導(dǎo)致電流不再流過(guò)晶體管Q2后，晶體管Ql保持導(dǎo)通。
[0019]圖2的電路基本上工作在相同的低壓差和相同的穩(wěn)定性下，無(wú)論和K似7相對(duì)的大小，還有在VBAT突然減小的情況之前、期間或之后。圖3的電路與圖2中的電路共同具有這樣的特性。另外，圖3中發(fā)明的實(shí)施例包括額外的電路成分，來(lái)增加電路在更寬的范圍內(nèi)的工作模式下的穩(wěn)定性。
[0020]圖3電路包括晶體管Ql和Q2，電阻ガ1(|和/? n，外部?jī)?chǔ)存電容C；，一個(gè)參考電壓源嘆，還有輸入電壓源K似7，如圖2中相應(yīng)的元件連接。二極管仏和電阻慫包含ー個(gè)給電容C1的充電電路，對(duì)應(yīng)于圖2中的二極管ガ1(|。齊納二極管久連接在電壓源和晶體管Ql的發(fā)射極，相比沒(méi)有齊納二極管久，能夠使用體積更小，更便宜的電容C；。
[0021]誤差放大器6與圖2中的誤差放大器I執(zhí)行相同的功能，但是這樣連接到其他電路元件，使得它的輸出驅(qū)動(dòng)能力被偏置端14的偏置電流的大小所控制，并且隨著輸出端12的誤差放大器的輸出而發(fā)生變化。另ー個(gè)誤差放大器6的偏置端20連接至地電勢(shì)。誤差放大器6具有常規(guī)設(shè)計(jì)，同樣誤差放大器I也是。
[0022]在端子14的放大器16的偏置電流的大小是由多集電極PNP晶體管Q3和Q4的狀態(tài)決定的。晶體管Q3和Q4的集成電路制造在本領(lǐng)域中是以公知的方式構(gòu)造的。晶體管Q3和Q4的發(fā)射極分別連接到晶體管Ql和Q2的發(fā)射扱。晶體管Q3的第一集電極15連接到經(jīng)過(guò)Q4的第一集電極17和晶體管Ql與Q2的基板。晶體管Q3的第二集電極16連接到晶體管Q3的基極和誤差放大器6的偏置端14。晶體管Q4的第二集電極18連接到晶體管Q4的基極和誤差放大器6的偏置端14。
[0023]晶體管Q3和Q4以電流鏡的方式來(lái)提高圖3電路的穩(wěn)定性，通過(guò)使誤差放大器的偏置電流的大小(在偏置端14)正比于誤差放大器輸出電流(在輸出端12)。對(duì)于那些在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，從本說(shuō)明書中這將是明顯的關(guān)于如何設(shè)計(jì)和構(gòu)造的替代裝置，用于執(zhí)行圖3中由晶體管Q3和Q4的電流鏡功能。
[0024]本發(fā)明的任一實(shí)施例的電路的典型特征響應(yīng)曲線列于圖4。圖4假定存儲(chǔ)電容C1的取值范圍為200至500微法，嘆和電阻Rltl和R11的選擇，使所需的輸出電壓UK7?)是5伏。圖4中曲線A所示表示輸入電壓VBAT\曲線B表示冗余輸入電壓(KCT)(存儲(chǔ)電容兩端的電壓)，曲線c表示輸出電壓なt。假設(shè)和raク最初為零，當(dāng)吸^上升到12伏時(shí)，輸出電壓Vout將迅速上升到5伏(小于10毫秒)，KCr將呈指數(shù)上升至略小于12伏的電平。由于K似7超過(guò)KCr，在這期間，晶體管Ql和Q2中的第一個(gè)(Ql在圖2和圖3中)在這個(gè)期間會(huì)導(dǎo)通。在t = 60毫秒，K似7開始突然下降到零(在圖4中所示)，或低于零的值。然而，由于存儲(chǔ)電容相關(guān)聯(lián)的相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)，KCr將保持電路的壓差，直到t = 116毫秒以上，從而使輸出電壓匕將不會(huì)下降到低于5伏，直到t = 116毫秒。在t = 60毫秒到t= 116毫秒期間，晶體管Ql和Q2中的另ー個(gè)(Q2在圖2和圖3)將導(dǎo)通。如果差分壓差ら被定義為壓差(在圖4的例子中約5.3伏)與所需的輸出電壓(在圖4的例子中為5伏)之間的差，那么在圖4的例子中，Vw等于大約300mVo
[0025]極低的差分壓差，通常在200/nド至7Q0mV的(在此范圍內(nèi)的輸出電流和線路的工作溫度依賴于特定的值)范圍內(nèi)，是本發(fā)明的電路的特征。即使是在工作模式(因?yàn)閳D形簡(jiǎn)單，所以不顯示在圖4)，其中漫慢降低到所需的輸出電壓水平，但是仍然高于VCC，當(dāng)VBAT超過(guò)了壓差，(對(duì)比圖4的例子中，發(fā)生在t = 60毫秒到t = 120毫秒期間的工作模式)，本發(fā)明的電路的差分壓差會(huì)保持非常低，通常在20Q?K至70Q?K的范圍內(nèi)。
[0026]在圖3的實(shí)施例中，存儲(chǔ)電容C1選擇在200至500微法，二極管仏的反向擊穿電壓大于50伏，電阻慫的值范圍為200至500歐姆，齊納二極管久的反向擊穿電壓范圍為16至18伏。K似7通常是小于26伏，輸出電容C2通常是10微法。并且(當(dāng)輸入電壓超過(guò)壓差)輸出電壓Vout因此通常在0.5伏或更低，或所希望的電壓aKT?)的取值范圍為5.0到
10.0伏，在ー個(gè)WOsF至70Q?K的差分壓差下，提供的輸出電流(在Vout端)最高不超過(guò)約300?K,并且電路的工作溫度保持在范圍從大約ー(40。C)至+125。C。
[0027]圖2和圖3實(shí)施例中(或變化)將以集成電路的形式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于那些在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，從本說(shuō)明書中這將是顯而易見的。然而，這些實(shí)施例中(或變化)可以采用分立電路元件來(lái)替代實(shí)現(xiàn)。
[0028]本領(lǐng)域技術(shù)人員也會(huì)理解，本發(fā)明可以不同于上述的實(shí)例，所描述的實(shí)例僅為了說(shuō)明的目的，而不是限制性的，并且本發(fā)明僅由權(quán)利要求限定范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，其特征是:有可轉(zhuǎn)換冗余輸入端的雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，包括:來(lái)提供輸出電壓的輸出端；來(lái)提供參考電壓的參考電壓源；第一可變電流裝置，用來(lái)產(chǎn)生ー個(gè)第一電流輸出信號(hào)，它的大小變化響應(yīng)于第一輸入電壓和ー個(gè)控制信號(hào)；第ニ可變電流裝置，用來(lái)產(chǎn)生ー個(gè)第二電流輸出信號(hào)，它的大小變化響應(yīng)于第二輸入電壓和所述控制信號(hào)；通過(guò)比較參考電壓信號(hào)和第一電流輸出信號(hào)與第二電流輸出信號(hào)，來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)的裝置；其中第一可變電流裝置包括ー個(gè)第一晶體管，它有ー個(gè)第一發(fā)射極，用來(lái)接收第一輸入電壓信號(hào)，還有ー個(gè)第一基極來(lái)接收控制信號(hào)，其中第二可變電流裝置包括ー個(gè)第二晶體管，它有ー個(gè)第二發(fā)射極，用來(lái)接收第二輸入電壓信號(hào)，還有ー個(gè)第二基極來(lái)接收控制信號(hào)；其中元件(e)是ー個(gè)誤差放大器，包括第一輸入端，用來(lái)接收參考電壓，還包括第二輸入端，用來(lái)接收反饋信號(hào)，它的大小變化響應(yīng)于第一電流輸出信號(hào)和第二電流輸出信號(hào)；其中還包括:(f )來(lái)提供第一輸入電壓信號(hào)的電池；(g)來(lái)提供第二輸入電壓信號(hào)的儲(chǔ)存電容；(h)防止當(dāng)?shù)诙妷盒盘?hào)超過(guò)第一電壓信號(hào)時(shí)，電流從儲(chǔ)存電容流到第一可變電流裝置的裝置；其中控制信號(hào)大小的變化響應(yīng)于在元件(e)偏置端的偏置電流，并且同樣包括:(j)按照偏置電流的幅度正比于控制信號(hào)幅度的方式，來(lái)產(chǎn)生偏置電流的裝置；其中元件(j)包括連接在元件(C)與(d)和元件(e)的偏置端之間的電流鏡裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，其特征是:有可轉(zhuǎn)換冗余輸入端的雙輸入低壓差穩(wěn)壓器，包括:一個(gè)用來(lái)提供輸出電壓的輸出端；一個(gè)用來(lái)提供第一輸入電壓信號(hào)的第一輸入電壓端；一個(gè)用來(lái)提供第二輸入電壓信號(hào)的第二輸入電壓端；一個(gè)參考電壓源；第一可變電流裝置連接在第一輸入電壓端和輸出端之間，能夠產(chǎn)生ー個(gè)第一電流輸出信號(hào)，它的大小變化響應(yīng)于第一輸入電壓和ー個(gè)控制信號(hào)；第二可變電流裝置連接在第二輸入電壓端和輸出端之間，能夠產(chǎn)生ー個(gè)第二電流輸出信號(hào)，它的大小變化響應(yīng)于第ニ輸入電壓和ー個(gè)控制信號(hào)；控制裝置，通過(guò)產(chǎn)生控制信號(hào)，來(lái)控制第一輸出電流信號(hào)和第ニ輸出電流信號(hào)，控制信號(hào)的幅值正比于參考電壓和正比于輸出電壓的ー個(gè)信號(hào)兩者的差值；其中控制信號(hào)大小的變化響應(yīng)于在控制裝置的偏置端的偏置電流，并且同樣包括:按照偏置電流的幅度正比于控制信號(hào)幅度的方式，來(lái)產(chǎn)生偏置電流的裝置；其中第一可變電流裝置包括ー個(gè)第一晶體管，它電耦合到第一輸入電壓端，第二可變電流裝置包括ー個(gè)第ニ晶體管，它電耦合到第二輸入電壓端；其中第一晶體管有ー個(gè)第一發(fā)射極，用來(lái)接收第一輸入電壓信號(hào)，還有ー個(gè)第一基極來(lái)接收控制信號(hào)，其中第二晶體管有ー個(gè)第二發(fā)射極，用來(lái)接收第二輸入電壓信號(hào)，還有ー個(gè)第二基極來(lái)接收控制信號(hào)；其中第二晶體管還包括一個(gè)集電極，第二輸出電流從這里出現(xiàn)；也包括:來(lái)提供第一輸入電壓信號(hào)的電池；來(lái)提供第ニ輸入電壓信號(hào)的儲(chǔ)存電容；也包括ー個(gè)充電電路，用于從電池給存儲(chǔ)電容充電；所述充電電路包括一個(gè)ニ極管，以防止大量電流從所述存儲(chǔ)電容流到第一可變電流的裝置。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK103529894SQ201310508663
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司