本實(shí)用新型涉及電壓調(diào)節(jié)器的領(lǐng)域，并且更具體地涉及以壓差(dropout)模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器的電流消耗控制。

背景技術(shù)：

即使在輸入電壓和輸出電壓之間的差非常低(例如，100mV)，電壓調(diào)節(jié)器也保持輸出電壓穩(wěn)定。如果輸入電壓足夠高，則輸出電壓處于標(biāo)稱電平，并且電壓調(diào)節(jié)器以閉環(huán)進(jìn)行操作。然而，如果輸入電壓下降，則電壓調(diào)節(jié)器開(kāi)始以開(kāi)環(huán)進(jìn)行操作，其也被稱為壓差模式。

當(dāng)以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器的電流消耗是顯著的。示例性電壓調(diào)節(jié)器10在圖1中示出，并且包括用于接收輸入電壓VIN的輸入端子12、用于供應(yīng)輸出電壓VOUT的輸出端子以及功率晶體管20，功率晶體管20具有耦合到輸入端子12的第一導(dǎo)電端子22、耦合到輸出端子14的第二導(dǎo)電端子24以及控制端子26。

差分放大器30具有用于接收電壓參考VREF的第一輸入32和用于接收對(duì)應(yīng)于輸出電壓VOUT的反饋信號(hào)VFB的第二輸入34。差分放大器30的輸出36基于在電壓參考VREF和反饋信號(hào)VFB之間的差來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF。

驅(qū)動(dòng)器50包括耦合到功率晶體管20的控制端子26的阻抗設(shè)備52和驅(qū)動(dòng)器晶體管54。驅(qū)動(dòng)器晶體管54具有耦合到功率晶體管20的控制端子26的第一導(dǎo)電端子55以及控制端子57，控制端子57接收來(lái)自差分放大器30的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF，以便于改變對(duì)功率晶體管20的控制端子26的偏置電流IBIAS。

因?yàn)轵?qū)動(dòng)器50的輸出58被耦合到功率晶體管20，所以跨阻抗設(shè)備52形成的電壓表示功率晶體管的VGS。隨著電壓調(diào)節(jié)器10的負(fù)載電流ILOAD改變，功率晶體管20的VGS也改變。負(fù)載電流ILOAD和VGS之間的關(guān)系是由功率晶體管20的傳遞函數(shù)來(lái)給出。當(dāng)功率晶體管20在飽和區(qū)中進(jìn)行操作時(shí)，傳遞函數(shù)是有效的。這對(duì)應(yīng)于以閉環(huán)進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器10。因?yàn)樽杩乖O(shè)備52在功率晶體管20的第一導(dǎo)電端子22和控制端子26之間進(jìn)行操作，所以驅(qū)動(dòng)器50的偏置電流IBIAS取決于負(fù)載電流ILOAD。

如果在輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的差VDROP足夠高，則功率晶體管20保持處于飽和區(qū)，并且功率晶體管的VGS相對(duì)低(例如，低于1V)。這導(dǎo)致了在驅(qū)動(dòng)器50內(nèi)的低偏置電流IBIAS。如果電壓差VDROP變得過(guò)低而使得電壓調(diào)節(jié)器10無(wú)法保持以閉環(huán)進(jìn)行操作，則功率晶體管20轉(zhuǎn)到線性區(qū)。這對(duì)應(yīng)于以壓差模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器10。

在壓差模式中，在功率晶體管20的VGS和負(fù)載電流ILOAD之間的相關(guān)性不再由功率晶體管的傳遞函數(shù)給出，并且VGS可以達(dá)到非常高的水平。事實(shí)上，驅(qū)動(dòng)器50能夠?qū)⒐β示w管20的控制端子26下拉到接近地GND，并且功率晶體管20的VGS可以接近輸入電壓VIN。因?yàn)轵?qū)動(dòng)器50通過(guò)VGS功率晶體管20進(jìn)行操作，則偏置電流IBIAS可以達(dá)到非常高的水平。在VIN＝5V和驅(qū)動(dòng)器晶體管54的電阻性負(fù)載的情況下，偏置電流IBIAS可以是在最大負(fù)載電流ILOAD處的偏置的5倍。即使當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器10的電流消耗應(yīng)當(dāng)最小時(shí)負(fù)載電流ILOAD為0，這也是有效的。

作為示例，如果用于對(duì)電子設(shè)備供電的電池的電壓電平開(kāi)始放電，則該電子設(shè)備內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)器10從以閉環(huán)進(jìn)行操作轉(zhuǎn)到以壓差模式進(jìn)行操作。以壓差模式進(jìn)行操作產(chǎn)生了在電壓調(diào)節(jié)器10的操作中，特別是在功率晶體管20的VGS中的顯著改變，這可以增加直至輸入電壓VIN。

對(duì)于上述電壓調(diào)節(jié)器10，功率晶體管20的驅(qū)動(dòng)器50中的偏置電流IBIAS取決于功率晶體管20的VGS。如果VGS在壓差模式中增加，則偏置電流IBIAS也增加。對(duì)于電池供電的電子設(shè)備，這意味著，當(dāng)電池成為放電并且電壓調(diào)節(jié)器10轉(zhuǎn)為壓差模式時(shí)，甚至更多的電流開(kāi)始吸收。這是不期望的行為，并且可能危及電子設(shè)備操作時(shí)間，或者甚至可能威脅到電池安全性。因此，當(dāng)在壓差模式中進(jìn)行操作時(shí)，需要控制電壓調(diào)節(jié)器10的電流消耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提出了一種電壓調(diào)節(jié)器，包括：輸入端子，輸入端子配置為接收輸入電壓；輸出端子，輸出端子配置為供應(yīng)輸出電壓；功率晶體管，功率晶體管具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到輸出端子的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；差分放大器，差分放大器具有用于接收電壓參考的第一輸入、用于接收對(duì)應(yīng)于輸出電壓的反饋信號(hào)的第二輸入、以及用于基于在電壓參考和反饋信號(hào)之間的差來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出；驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器包括耦合到功率晶體管的控制端子的阻抗器件、以及驅(qū)動(dòng)器晶體管，驅(qū)動(dòng)器晶體管具有耦合到功率晶體管的控制端子的第一導(dǎo)電端子、以及控制端子，控制端子從差分放大器接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便于改變?nèi)ネβ示w管的控制端子的偏置電流；以及壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器，耦合到功率晶體管。

在一個(gè)實(shí)施例中，壓差檢測(cè)器和偏置電流限制包括：第一晶體管，第一晶體管具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到阻抗器件的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；

第二晶體管，第二晶體管具有耦合到輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合在一起并且耦合到第一晶體管的控制端子的控制端子和第二導(dǎo)電端子；以及偏置電流生成器，偏置電流生成器耦合到第二晶體管的第二導(dǎo)電端子。

在一個(gè)實(shí)施例中，偏置電流生成器被配置為生成第二偏置電流；并且其中，第一晶體管和第二晶體管被配置為電流鏡，使得用于功率晶體管的偏置電流反映第二偏置電流。

在一個(gè)實(shí)施例中，壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器進(jìn)一步包括：第三晶體管，第三晶體管具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到第一晶體管的控制端子的控制端子、以及第二導(dǎo)電端子；以及第四晶體管，第四晶體管具有耦合到第三晶體管的第二導(dǎo)電端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到阻抗器件并且耦合到功率晶體管的控制端子的控制端子、以及耦合到差分放大器的第二導(dǎo)電端子。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：電流源，電流源被耦合在輸入端子和差分放大器之間，并且還與第三晶體管和第四晶體管并聯(lián)耦合。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：耦合到輸出端子的電阻分壓器；反饋路徑，反饋路徑被耦合在電阻分壓器和差分放大器的第二輸入之間，以對(duì)其提供反饋信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，阻抗器件被配置為具有阻抗，使得跨阻抗器件的電壓對(duì)應(yīng)于跨功率晶體管的電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，阻抗器件包括電阻、配置為二極管的晶體管和與配置為二極管的晶體管串聯(lián)耦合的電阻中的至少一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：電流源，電流源被耦合在輸入端子和差分放大器之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：參考電壓源，參考電壓源被耦合到差分放大器的第一輸入，提供參考電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，功率晶體管包括p溝道MOSFET，并且驅(qū)動(dòng)器晶體管包括n溝道MOSFET。

還提出一種電壓調(diào)節(jié)器，包括：輸入端子，輸入端子配置為接收輸入電壓；輸出端子，輸出端子配置為供應(yīng)輸出電壓；功率晶體管，功率晶體管具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到輸出端子的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；差分放大器，差分放大器具有用于接收電壓參考的第一輸入、用于接收對(duì)應(yīng)于輸出電壓的反饋信號(hào)的第二輸入、以及用于基于在電壓參考和反饋信號(hào)之間的差來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出；參考電壓源，參考電壓源被耦合到差分放大器的第一輸入，提供參考電壓；驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器包括耦合到功率晶體管的控制端子的阻抗器件、以及驅(qū)動(dòng)器晶體管，驅(qū)動(dòng)器晶體管具有耦合到功率晶體管的控制端子的第一導(dǎo)電端子、以及控制端子，控制端子從差分放大器接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便于改變?nèi)ネβ示w管的控制端子的偏置電流；以及壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器，耦合到功率晶體管并且包括：第一晶體管，第一晶體管具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到阻抗器件的第二導(dǎo)電端子、以及控制端子；

第二晶體管，第二晶體管具有耦合到輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合在一起并且耦合至第一晶體管的控制端子的控制端子和第二導(dǎo)電端子；以及偏置電流生成器，偏置電流生成器耦合到第二晶體管的第二導(dǎo)電端子。

在一個(gè)實(shí)施例中，偏置電流生成器被配置為生成第二偏置電流；并且其中，第一晶體管和第二晶體管被配置為電流鏡，使得用于功率晶體管的偏置電流反映第二偏置電流。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：第三晶體管，第三晶體管具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到第一晶體管的控制端子的控制端子、以及第二導(dǎo)電端子；以及第四晶體管，第四晶體管具有耦合到第三晶體管的第二導(dǎo)電端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到阻抗器件并且耦合到功率晶體管的控制端子的控制端子、以及耦合到差分放大器的第二導(dǎo)電端子。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：電流源，電流源被耦合在輸入端子和差分放大器之間，并且還與第三晶體管和第四晶體管并聯(lián)耦合。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：電阻分壓器，耦合到輸出端子；以及反饋路徑，反饋路徑被耦合在電阻分壓器和差分放大器的第二輸入之間，以對(duì)其提供反饋信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，阻抗器件被配置為具有阻抗，使得跨阻抗器件的電壓對(duì)應(yīng)于跨功率晶體管的電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，阻抗器件包括電阻、配置為二極管的晶體管和與配置為二極管的晶體管串聯(lián)耦合的電阻中的至少一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括：電流源，電流源被耦合在輸入端子和差分放大器之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，功率晶體管包括p溝道MOSFET，并且驅(qū)動(dòng)器晶體管包括n溝道MOSFET。

電壓調(diào)節(jié)器可以包括輸入端子、輸出端子、功率晶體管、差分放大器、驅(qū)動(dòng)器以及壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器。當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器在壓差模式中進(jìn)行操作時(shí)，壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器有利地限制電流消耗。

輸入端可以被配置為接收輸入電壓，輸出端子可以被配置為供應(yīng)輸出電壓，并且功率晶體管可以具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到輸出端子的第二導(dǎo)電端子以及控制端子。

差分放大器可以包括用于接收電壓參考的第一輸入、用于接收對(duì)應(yīng)于輸出電壓的反饋信號(hào)的第二輸入、以及用于基于在電壓參考和反饋信號(hào)之間的差來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。

驅(qū)動(dòng)器可以包括耦合到功率晶體管的控制端子的阻抗設(shè)備以及驅(qū)動(dòng)器晶體管，該驅(qū)動(dòng)器晶體管具有耦合到功率晶體管的控制端子的第一導(dǎo)電端子以及控制端子，該控制端子從差分放大器接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便于改變對(duì)功率晶體管的控制端子的偏置電流。

壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器耦合到功率晶體管，并且可以包括第一和第二晶體管以及偏置電流生成器。第一晶體管可以具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到阻抗設(shè)備的第二導(dǎo)電端子以及控制端子。第二晶體管可以具有耦合到輸出端子的第一導(dǎo)電端子、耦合在一起并且耦合到第一晶體管的控制端子的控制端子和第二端子。偏置電流生成器可以耦合到第二晶體管的第二導(dǎo)電端子。偏置電流生成器可以被配置為生成第二偏置電流，并且第一和第二晶體管可以被配置為電流鏡，使得用于功率晶體管的偏置電流鏡像反映第二偏置電流。

壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器可以進(jìn)一步包括耦合在輸入端子和差分放大器之間的第三和第四晶體管。更具體地，第三晶體管可以具有耦合到輸入端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到第一晶體管的控制端子的控制端子以及第二導(dǎo)電端子。第四晶體管可以具有耦合到第三晶體管的第二導(dǎo)電端子的第一導(dǎo)電端子、耦合到阻抗設(shè)備并且耦合到功率晶體管的控制端子的控制端子、以及耦合到差分放大器的第二導(dǎo)電端子。電壓調(diào)節(jié)器可以進(jìn)一步包括電流源，該電流源被耦合在輸入端子和差分放大器之間，并且還與第三晶體管和第四晶體管并聯(lián)耦合。第四晶體管自適應(yīng)地偏置差分放大器。

電壓調(diào)節(jié)器還可以進(jìn)一步包括耦合到輸出端子的電阻分壓器以及反饋路徑，該反饋路徑被耦合在電阻分壓器和差分放大器的第二輸入之間，以對(duì)其提供反饋信號(hào)。

阻抗設(shè)備可以被配置為具有阻抗，使得跨阻抗設(shè)備的電壓對(duì)應(yīng)于跨功率晶體管的電壓。阻抗設(shè)備可以包括電阻、配置為二極管的晶體管和與配置為二極管的晶體管串聯(lián)耦合的電阻中的至少一個(gè)。

電壓調(diào)節(jié)器可以進(jìn)一步包括參考電壓源，該參考電源被耦合到差分放大器的第一輸入，提供參考電壓。功率晶體管可以包括p溝道MOSFET，并且驅(qū)動(dòng)器晶體管可以包括n溝道MOSFET。

另一方面針對(duì)一種用于操作如上所述的電壓調(diào)節(jié)器的方法。該方法包括檢測(cè)以壓差模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器，以及在壓差模式期間限制功率晶體管的偏置電流。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)節(jié)器的框圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的具有壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器的電壓調(diào)節(jié)器的框圖。

圖3A、3B、3C是表示用于在圖2中圖示的阻抗設(shè)備的不同選項(xiàng)的示意圖。

圖4是當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)在圖2中圖示的功率晶體管以及壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器的示意圖。

圖5是具有圖2中圖示的壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器的電壓調(diào)節(jié)器的另一實(shí)施例的框圖。

圖6是圖示在ILOAD＝0并且VOUT＝3.3V的情況下圖5中圖示的電壓調(diào)節(jié)器的性能特性的圖。

圖7是圖示在ILOAD＝100mA并且VOUT＝3.3V的情況下圖5中圖示的電壓調(diào)節(jié)器的性能特性的圖。

具體實(shí)施方式

下文終將參考附圖來(lái)更全面地描述本實(shí)用新型，在附圖中示出了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本實(shí)用新型可以以很多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開(kāi)將是全面和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本實(shí)用新型的范圍。相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件，并且主要標(biāo)記用于指示在替代實(shí)施例中的類似元件。

將參考圖2來(lái)討論具有壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160的電壓調(diào)節(jié)器110。如將在下面詳細(xì)解釋的，壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160有利地限制在電壓調(diào)節(jié)器160以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)的電流消耗。

圖示的電壓調(diào)節(jié)器110包括用于接收輸入電壓VIN的輸入端子112、用于供應(yīng)輸出電壓VOUT的輸出端子114以及功率晶體管120，功率晶體管120具有耦合到輸入端子112的第一功率晶體管120、耦合到輸出端子114的第二導(dǎo)電端子124、以及控制端子126。

差分放大器130具有用于接收電壓參考VREF的第一輸入132以及用于接收對(duì)應(yīng)于輸出電壓VOUT的反饋信號(hào)VFB的第二輸入134。差分放大器130的輸出136基于電壓參考VREF和反饋信號(hào)VFB之間的差來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF。

恒流源200被耦合在輸入端子112和差分放大器130之間。差分放大器130包括耦合到第二對(duì)晶體管220、224的第一對(duì)晶體管210、214。第一對(duì)晶體管210、214限定了差分放大器130的第一和第二輸入132、134。第二對(duì)晶體管220、224被配置為電流鏡。

更具體地，晶體管210具有耦合到恒流源200的第一導(dǎo)電端子211、形成耦合到提供參考電壓VREF的電壓參考202的第一輸入132的控制端子、以及第二導(dǎo)電端子212。晶體管214具有耦合到恒流源200的第一導(dǎo)電端子215、形成接收反饋信號(hào)VFB的第二輸入134的控制端子、以及耦合到提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF的輸出136的第二導(dǎo)電端子216。

晶體管220具有耦合到晶體管210的第二導(dǎo)電端子212的第一導(dǎo)電端子221、控制端子223和耦合到地115的第二導(dǎo)電端子222。晶體管224具有耦合到晶體管214的第二導(dǎo)電端子216的第一導(dǎo)電端子225、耦合到晶體管220的控制端子223和第一導(dǎo)電端子221二者的控制端子227、以及耦合到地115的第二導(dǎo)電端子226。

驅(qū)動(dòng)器150包括耦合到功率晶體管120的控制端子126的阻抗設(shè)備152和驅(qū)動(dòng)器晶體管154。驅(qū)動(dòng)器晶體管154是n溝道MOSFET。驅(qū)動(dòng)器晶體管154具有耦合到功率晶體管120的控制端子126的第一導(dǎo)電端子155以及控制端子157，控制端子157從差分放大器130接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF，從而于改變對(duì)功率晶體管120的控制端子126的偏置電流IB1。

因?yàn)轵?qū)動(dòng)器150的輸出158被耦合到功率晶體管120，所以跨阻抗設(shè)備152形成的電壓表示功率晶體管的VGS。阻抗設(shè)備152的配置取決于電壓調(diào)節(jié)器110的電氣特性以及功率晶體管120的大小，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的。

負(fù)載設(shè)備152可以是電阻152(1)、作為二極管連接的晶體管152(2)、或兩個(gè)152(3)的組合，如圖3所示。阻抗設(shè)備152的這三個(gè)不同配置的相應(yīng)電阻被統(tǒng)稱為R152。因此，偏置電流IB1基于以下關(guān)系：

IB1＝VGS/R152

功率晶體管120是p溝道MOSFET。功率晶體管120的VGS通過(guò)驅(qū)動(dòng)器晶體管154的漏極電流(即，IB1)來(lái)改變。VGS基于以下關(guān)系154：

VGS＝IB1*R152

偏置電流IB1通過(guò)差分放大器130的輸出電壓來(lái)控制。該關(guān)系通過(guò)驅(qū)動(dòng)器晶體管150的跨導(dǎo)來(lái)給出，并且定義如下：

IB1＝gm*VDIFF

電阻分壓器190被耦合在輸出端子114和地115之間，并且包括串聯(lián)連接在一起的電阻器194、196。反饋路徑192被耦合在電阻器194、196與差分放大器130的第二輸入134之間，以提供反饋信號(hào)VFB。反饋信號(hào)VFB是輸出電壓VOUT的縮放副本。該關(guān)系由以下給出：

輸出電壓VOUT是由電壓參考202提供的參考電壓VREF的縮放副本。在參考電壓VREF和輸出電壓VOUT之間的關(guān)系由以下給出：

差分放大器130確保了反饋信號(hào)VFB等于電壓參考VREF。

因?yàn)樽杩乖O(shè)備152在功率晶體管120的控制端子126和第一導(dǎo)通端子122之間進(jìn)行操作，所以驅(qū)動(dòng)器150的偏置電流IB1取決于負(fù)載電流ILOAD。如果在輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的差足夠高，則功率晶體管120停留在飽和區(qū)，并且功率晶體管120的VGS相對(duì)低(例如，低于1V)。這導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)器150內(nèi)的低偏置電流IB1。這對(duì)應(yīng)于以閉環(huán)進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器110。

然而，如果電壓差VDROP變得過(guò)低，使得電壓調(diào)節(jié)器110無(wú)法以閉環(huán)進(jìn)行操作，則功率晶體管120轉(zhuǎn)到線性區(qū)。這對(duì)應(yīng)于以壓差模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器110。

如果VGS在壓差模式中增加，則偏置電流IB1也增加。這是因?yàn)椋糜诠β示w管120的偏置電流IB1取決于功率晶體管120的VGS。對(duì)于電池供電的電子設(shè)備，這意味著，當(dāng)電池成為放電并且電壓調(diào)節(jié)器110轉(zhuǎn)為壓差模式時(shí)，甚至更多的電流開(kāi)始吸收。

壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160有利地限制在電壓調(diào)節(jié)器160以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)的電流消耗。壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160被耦合到功率晶體管120，并且包括第一晶體管162、第二晶體管172和偏置電流生成器180。

第一晶體管162具有耦合到輸入端子112的第一導(dǎo)電端子163、耦合到阻抗設(shè)備152的第二導(dǎo)電端子165、以及控制端子167。第二晶體管172具有耦合到輸出端子114的第一導(dǎo)電端子173、耦合在一起并且耦合到第一晶體管162的控制端子167的第二端子175和控制端子177。偏置電流生成器180在第二晶體管172的第二導(dǎo)電端子175和地115之間，并且提供第二偏置電流IB2。

第二晶體管172通過(guò)偏置電流生成器180來(lái)偏置，以便于限定控制端子177的電勢(shì)比輸出電壓VOUT低一個(gè)VGS。因?yàn)榈谝缓偷诙w管162、172的導(dǎo)電端子167、177被短接在一起，所以第一晶體管162的VGS通過(guò)以下給出：

VGS₁₆₂＝VGS₁₇₂+VDROP

這意味著，在輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的差越高，那么第一晶體管162的VGS過(guò)驅(qū)動(dòng)越高。VGS過(guò)驅(qū)動(dòng)是用于指定處于線性區(qū)中的晶體管的操作的表達(dá)和參數(shù)。如果電壓調(diào)節(jié)器110以閉環(huán)進(jìn)行操作，則第一晶體管162處于線性區(qū)中。事實(shí)上，第一晶體管162作為不影響電路操作的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。

如果負(fù)載電流ILOAD是零并且輸入電壓VIN低于輸出電壓VOUT的標(biāo)稱電平，則電壓調(diào)節(jié)器110以壓差模式進(jìn)行操作。在該特定情況下，VDROP將為零，并且提供了以下關(guān)系：

VGS₁₆₂＝VGS₁₇₂

這意味著，第一和第二晶體管162、172形成電流鏡，并且驅(qū)動(dòng)器150的偏置電流IB1將由來(lái)自偏置電流生成器180的偏置電流IB2來(lái)給出。

現(xiàn)在將參考圖4來(lái)討論作為用于減少當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器110以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)的電流消耗的電流鏡的操作。在壓差模式中，功率晶體管120在線性區(qū)中進(jìn)行操作，并且可以通過(guò)電阻器RDSON來(lái)表示。第一和第二晶體管162、172是相同的。如果ILOAD＝0A，則通過(guò)電阻器RDSON的電流等于IB2，其可以是幾十nA，所以在電阻器RDSON上的壓降幾乎為零。電阻器RDSON可以具有例如1Ω的值。通過(guò)跨電阻器RDSON的幾乎為零的壓降，這相當(dāng)于短路，這進(jìn)而提供了電流鏡。因此，偏置電流IB1將由偏置電流IB2來(lái)給出。換言之，驅(qū)動(dòng)器150被自適應(yīng)地偏置。這是可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器150流動(dòng)的最大電流。偏置電流IB2來(lái)自作為恒流生成器的偏置電流生成器180。

如果電壓調(diào)節(jié)器110以壓差模式進(jìn)行操作，則負(fù)載電流ILOAD不為零，電阻器RDSON上將存在某個(gè)壓降，這基于以下關(guān)系：

VDROP＝RDSON*ILOAD

來(lái)自偏置電流IB2的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)。第一晶體管162的VGS將高于第二晶體管172的VGS。這將導(dǎo)致偏置電流IB1中的某種增加。第一晶體管162的VGS通過(guò)以下關(guān)系給出：

VGS₁₆₂＝VGS₁₇₂+VDROP

即使偏置電流IB1將高于偏置電流IB2，但其仍然是有限的。

通過(guò)第一和第二晶體管162、172以及偏置電流生成器180的適當(dāng)大小調(diào)整，能夠找到在壓差模式電流消耗和環(huán)路穩(wěn)定性之間的良好折衷。環(huán)路穩(wěn)定性是組件的大小調(diào)整的重要因素。當(dāng)壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160開(kāi)始限制驅(qū)動(dòng)器150中的偏置電流IB1時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的阻抗?fàn)顩r顯著改變。

現(xiàn)在參考圖5，將討論上述電壓調(diào)節(jié)器110'的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'進(jìn)一步包括耦合在輸入端子112'和差分放大器130'之間的第三和第四晶體管240'、250'。第四晶體管250'自適應(yīng)地偏置差分放大器130'。

更具體地，第三晶體管240'具有耦合到輸入端子112'的第一導(dǎo)電端子241'、耦合到第一晶體管162'的控制端子167'的控制端子245'以及第二導(dǎo)電端子243'。第四晶體管250'具有耦合到第三晶體管240'的第二導(dǎo)電端子243'的第一導(dǎo)電端子251'、耦合到阻抗設(shè)備152'并且耦合到功率晶體管120的控制端子126'的控制端子255'、以及耦合到差分放大器130'的第二導(dǎo)電端子253'。電流源200'與第三和第四晶體管240'、250'并聯(lián)耦合。

用于差分放大器130'的偏置電流ITOTAL由兩個(gè)電流源生成。第一電流源由提供偏置電流IT1的恒流源200'來(lái)提供。恒流源200'定義差分放大器130'的最小偏置。第二電流IT2由被配置為與功率晶體管120'一起作為電流鏡的第四晶體管250'來(lái)提供。偏置電流IT2是負(fù)載電流ILOAD的副本，但是由于在功率晶體管120'和第四晶體管250'之間的大的尺寸比而導(dǎo)致電平低得多。

自適應(yīng)偏置差分放大器130'用于在電壓調(diào)節(jié)器110'被加載時(shí)實(shí)現(xiàn)具有低噪聲電平的改進(jìn)的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器110'以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)，差分放大器130'中的偏置升壓是不期望的，并且沒(méi)有效益。為此，偏置電流ITOTAL可以被減小。這是通過(guò)第三晶體管240'被耦合到IT2偏置路徑中的第四晶體管250'來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第三晶體管240'的功能與第一晶體管162'的功能相同，因?yàn)槠涔蚕硐嗤琕GS。

現(xiàn)在參考圖6和圖7，將討論電壓調(diào)節(jié)器110'的性能特性。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)節(jié)器10以及具有壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'的電壓調(diào)節(jié)器110'二者，圖6中的性能特性對(duì)應(yīng)于ILOAD＝0和VOUT＝3.3V。電壓調(diào)節(jié)器10、110'的電壓特性在圖表260中提供，并且在圖表270中提供以壓差模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器10、110'的電流特性。

曲線262對(duì)應(yīng)于輸入電壓VIN，并且曲線264對(duì)應(yīng)于對(duì)于兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器10、110'相同的輸出電壓VOUT。然而，在以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)的電壓調(diào)節(jié)器的電流消耗中存在顯著差異。曲線272對(duì)應(yīng)于用于現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)節(jié)器10的400μA的電流消耗。曲線274 對(duì)應(yīng)于用于具有壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'的電壓調(diào)節(jié)器110'的9.5μA的電流消耗。

對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)節(jié)器10以及具有壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'的電壓調(diào)節(jié)器110'二者，圖7中的性能特性對(duì)應(yīng)于ILOAD＝100mA和VOUT＝3.3V。電壓調(diào)節(jié)器10、110'的電壓特性在圖表280中提供，并且在圖表290中提供以壓差模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器10、110'的電流特性。

曲線282對(duì)應(yīng)于輸入電壓VIN，并且曲線284對(duì)應(yīng)于對(duì)于兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器10、110'相同的輸出電壓VOUT。然而，在以壓差模式進(jìn)行操作時(shí)的電壓調(diào)節(jié)器的電流消耗中存在顯著差異。曲線292對(duì)應(yīng)于用于現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)節(jié)器10的400μA的電流消耗。曲線294對(duì)應(yīng)于用于具有壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'的電壓調(diào)節(jié)器110'的18μA的電流消耗。

方法方面是用于操作上述電壓調(diào)節(jié)器110。電壓調(diào)節(jié)器110包括配置為接收輸入電壓VIN的輸入端子112；配置為供應(yīng)輸出電壓VOUT的輸出端子114；功率晶體管120，具有耦合到輸入端子112的第一導(dǎo)電端子122、耦合到輸出端子114的第二導(dǎo)電端子124、以及控制端子126；差分放大器130具有用于接收電壓參考VREF的第一輸入132、用于接收對(duì)應(yīng)于輸出電壓VOUT的反饋信號(hào)VFB的第二輸入134、以及輸出136，輸出136用于基于在電壓參考VREF和反饋信號(hào)VFB之間的差來(lái)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF；以及驅(qū)動(dòng)器150，包括耦合到功率晶體管120的控制端子126的阻抗設(shè)備152，并且驅(qū)動(dòng)晶體管154具有耦合到功率晶體管120的控制端子126的第一導(dǎo)電端子155以及控制端子157，控制端子157從差分放大器130接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)VDIFF，以便于改變對(duì)功率晶體管120的控制端子126的偏置電流IB1。

該方法包括檢測(cè)以壓差模式進(jìn)行操作的電壓調(diào)節(jié)器110，以及在壓差期間限制驅(qū)動(dòng)器150的偏置電流。

電壓調(diào)節(jié)器110包括壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160，壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160包括第一晶體管162，第一晶體管162具有耦合到輸入端子112的第一導(dǎo)電端子163、耦合到阻抗設(shè)備152的第二導(dǎo)電端子165、以及控制端子167；第二晶體管172，具有耦合到輸出端子114的第一導(dǎo)電端子173、耦合在一起并且耦合到第一晶體管162的控制端子167的第二導(dǎo)電端子175和控制端子177；以及耦合到第二晶體管172的第二導(dǎo)電端子175的偏置電流生成器180。在該方法中，限制電流消耗包括操作偏置電流生成器180以生成第二偏置電流IB2，并且操作第一和第二晶體管162、172作為電流鏡，使得功率晶體管120的偏置電流IB1反映第二偏置電流IB2。

壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'進(jìn)一步包括第三晶體管240'，第三晶體管240'具有耦合到輸入端子112'的第一導(dǎo)電端子241'、耦合到第一晶體管162'的控制端子167'的控制端子245'、以及第二導(dǎo)電端子243'；以及第四晶體管250'，第四晶體管250'具有耦合到第三晶體管240'的第二導(dǎo)電端子243'的第一導(dǎo)電端子251'、耦合到阻抗設(shè)備152'并且耦合到功率晶體管120'的控制端子126'的控制端子255'、以及耦合到差分放大器130'的第二導(dǎo)電端子253'。電流源200'與第三和第四晶體管240'、250'并聯(lián)連接。該方法進(jìn)一步包括在壓差模式期間限制從電流源200'到差分放大器130'的電流。為了討論的目的，第四晶體管250'被圖示為壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'的一部分。因?yàn)榈谒木w管250'的目的是自適應(yīng)地偏置差分放大器130'，所以該晶體管可以與壓差檢測(cè)器和偏置電流限制器160'分離。換言之，第四晶體管250'可以被配置為差分放大器130'的一部分。

電壓調(diào)節(jié)器110包括：耦合到輸出端子114的電阻分壓器190；以及耦合在電阻分壓器190和差分放大器130的第二輸入134之間的反饋路徑。該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由反饋路徑192將反饋信號(hào)VFB從電阻分壓器190提供給差分放大器130的第二輸入134。

該方法進(jìn)一步包括選擇跨電阻設(shè)備152的阻抗，使得跨阻抗設(shè)備的電壓對(duì)應(yīng)于跨功率晶體管120的電壓。

受益于前述描述和相關(guān)附圖中呈現(xiàn)的教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將指導(dǎo)本實(shí)用新型的許多修改和其他實(shí)施例。因此，可以理解的是，本實(shí)用新型不限于所公開(kāi)的具體實(shí)施例，并且修改和實(shí)施例旨在被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。