專利名稱：用于給放大器電路上電的軟啟動電路與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明涉及電源電路。更特別地，本發(fā)明涉及用于給放
大器電路上電的軟啟動電路與方法。
背景技術(shù)：
0002對更高性能電源電路需求的不斷增加導致穩(wěn)壓器與其他 電源管理設(shè)備的不斷發(fā)展。例如，許多低電壓應(yīng)用要求使用低壓差 (LDO)穩(wěn)壓器，例如用于便攜式電話、尋呼機、膝上電腦、攝像機 以及其他無線移動電池操作的設(shè)備。這些便攜的電子應(yīng)用一般要求電 源管理設(shè)備有較低的電壓和靜態(tài)電流以便易于提高電池效率與壽命。 這種低壓差穩(wěn)壓器通常提供較精確且穩(wěn)定的直流(DC)電壓，其輸入 至輸出電壓差較小。
0003參考圖l，示出了示例性單通道放大器電路100比如LD0， 其接收輸入電壓Vw并經(jīng)負載設(shè)備Ru)AD產(chǎn)生輸出電壓V。UT。用一個使能 引腳ENABLE來給電路100上電以開啟輸出電壓V。uT。通常，使能引腳 ENABLE可以兩種方式給電路100上電。
0004在第一種方式中，使能信號ENABLE被連接到輸入電壓 V,N以給電路100上電并開啟輸出電壓VouT。參考圖2B，當電源開啟 時，輸入電壓Vm需要一段時間以達到其穩(wěn)定電平，在上電期間可能 伴隨著一些過沖情形。理想情況下，輸出電壓VouT會不受輸入電壓 Vnv所發(fā)生狀況的影響而以平穩(wěn)的方式增加。然而，在許多實例中，輸 出電壓VouT也有過沖情況，其如果超過大約10%可能是破壞性的。在 第二種方式中，輸入電壓Vw已經(jīng)被開啟并建立，然后，ENABLE弓| 腳被使能并開啟放大器電路100。例如，參考圖2， ENABLE引腳與
輸入電壓Vw—旦連接就具有同樣的響應(yīng)曲線，但是輸出電壓VouT仍
然可能趨向增加并表現(xiàn)出破壞性的過沖特性。采用旁路電容器或其他 減噪電容器能夠最小化過沖量；然而另一個需要注意的問題是針對快 速啟動LDO設(shè)備應(yīng)當最小化上升時間，期望的是50微秒或更少的上升時間。
0005對于雙通道設(shè)備，上電過程變得更加難以控制。例如，
參考圖3A，具有第一誤差信號放大器電路302和第二誤差信號放大器 電路304的雙通道放大器電路300示有兩個使能引腳EANBLE,與 ENABLE2和帶隙電壓VBG。這樣的雙通道是完全獨立的，其中第一使 能引腳EANBLE,激活然后第二使能引腳ENABLE2激活或者兩個使能 引腳EANBLE,與ENABLE2同時激活。舉例來說，當?shù)谝皇鼓芤_ EANBLE,被激活而且誤差信號放大器電路302與輸出電壓V0UT2被開 啟時，帶隙電壓VBc由放大器電路300的其他部分產(chǎn)生。參考圖3B， 一旦使能引腳EANBLE2被激活(參考固定參考電壓V^)，輸出電壓 V0UT2沒有經(jīng)適當控制的情況下升高并因此出現(xiàn)過沖情況，其在穩(wěn)定前
不但超過了帶隙電壓VBG而且超過了輸入電壓VIN。例如，參考圖4，
諸如用于雙通道電路的放大器電路400能夠包含誤差信號放大器402，
該誤差信號放大器由控制回路中的帶隙電壓VBe與回饋電壓VFB設(shè)定。
由于參照固定的參考電壓而不是逐漸增加的參考電壓，所以不管控制 回路如何誤差信號放大器402仍然易受輸出電壓VouT2允許過沖的影 響。在某些情況下，誤差信號放大器電路402控制回路的動態(tài)特性能 夠被重新設(shè)計、調(diào)節(jié)或以其它方式被重新設(shè)定以處理過沖情形，但這 樣的嘗試易于損害整個放大器電路，并且/或者導致額外的復雜性。例 如，針對誤差信號放大器402可以實現(xiàn)P通道輸入設(shè)備，結(jié)果會惡化 整個放大器電路400的噪聲性能。
發(fā)明內(nèi)容
0006依照本發(fā)明的各方面，本發(fā)明提供一種用于為放大器電 路提供軟啟動過程以減少或防止輸出電壓的破壞性過沖的方法和電 路。依照本發(fā)明的示例性實施例，示例性方法和電路被配置成在啟動 過程中適當即時地用第二參考電壓代替實際固定的參考電壓。這樣的 方法和電路能夠提供沒有破壞性過沖且不會影響或損害放大器電路的 任何控制回路的快速軟啟動過程。相應(yīng)地，示例性方法和電路能夠在 多種應(yīng)用上進行配置并且/或者在現(xiàn)有應(yīng)用上加以更新改進。
0007依照示例性實施例，示例性放大器電路配有軟啟動電路， 其中該軟啟動電路被配置成在切換到實際參考電壓前的最初啟動期間提供第二參考電壓。例如，示例性放大器電路可以被配置成產(chǎn)生第二 參考電壓，然后通過監(jiān)控來自放大器電路的反饋電壓，在實際參考電 壓與第二參考電壓之間適當切換以提供可控的啟動過程。第二參考電 壓適宜包括對放大器電路元件上電以允許工作所需的最小電壓量。依 照示例性實施例，第二參考電壓可由電流源產(chǎn)生，該電流源配有溫度 補償電路以提供快速穩(wěn)定的電源；然而，第二參考電壓也可以以多種 其他方式及配置來生成。
0008依照本發(fā)明的示例性實施例，軟啟動電路適宜包含第二 參考電壓、開關(guān)電路和邏輯電路。在這樣的實施例中，啟動電路被配 置成產(chǎn)生第二參考電壓，然后通過邏輯電路監(jiān)控放大器電路的反饋電 壓，用開關(guān)電路適當?shù)厍袚Q到第二參考電壓。 一旦反饋電壓達到或超 過第二參考電壓，軟啟動電路會適宜地切換到實際參考電壓。結(jié)果， 輸出電壓的破壞性過沖能夠被適當?shù)販p小或消除。
0009圖1圖解說明了現(xiàn)有技術(shù)的電源管理設(shè)備與單通道放大 器電路的方框0010圖2A和2B圖解說明了表示現(xiàn)有技術(shù)單通道放大器電路
的電壓特性的曲線；
0011圖3A圖解說明了現(xiàn)有技術(shù)的電源管理設(shè)備與雙通道放大 器電路的方框0012圖3B圖解說明了表示圖3A的現(xiàn)有技術(shù)雙通道放大器電
路的電壓特性的曲線；
0013圖4圖解說明了現(xiàn)有技術(shù)的誤差信號大器電路；
0014圖5圖解說明了依照本發(fā)明示例性實施例配有示例性軟 啟動電路的示例性放大器電路的示意0015圖6A、 6B和6C圖解說明了依照本發(fā)明示例性實施例用 于產(chǎn)生第二參考電壓的示例性電路的示意0016圖7圖解說明了依照本發(fā)明示例性實施例的示例性放大 器電路與軟啟動電路的方框圖；并且
0017圖8圖解說明了表示依照本發(fā)明配有軟啟動電路的示例 性放大器電路的電壓特性的曲線。
具體實施例方式
0018以下的示例性實施方式與應(yīng)用是作為圖解說明提供的。
0019依照本發(fā)明的各方面， 一種為放大器電路提供軟啟動過 程的方法和電路能夠適當減小或防止在開啟電源管理設(shè)備時可能出現(xiàn) 的輸出電壓的破壞性過沖。依照示例性實施例，示例性方法和電路被 配置成在放大器電路的啟動過程中及時地用第二參考電壓代替實際固 定的參考電壓。這種方法和電路能夠在不影響或損害放大器電路的控 制回路的情況下加以利用。
0020這種方法和電路可用于各種的應(yīng)用中。例如，用于提供 軟啟動過程的示例性方法和電路能夠適當?shù)販p小雙通道放大器電路 (例如有單路帶隙參考電壓的雙通道LDO穩(wěn)壓器電路)中的破壞性過 沖。用于提供軟啟動過程的示例性方法和電路也能夠被配置在期望受 控啟動過程的任何其他放大器電路應(yīng)用中。
0021依照本發(fā)明示例性實施例，參考圖5，示例性放大器電路 500包含LDO穩(wěn)壓器電路502與軟啟動電路504。LDO穩(wěn)壓器電路502 包括誤差信號放大器506與通路元件(pass device) 508，其被配置以 提供輸出電壓V0UT。 LDO穩(wěn)壓器電路502還包括含有自通路元件508 所提供的反饋電壓Vra的控制回路。誤差信號放大器506由輸入供電 電壓Vw供電，并包含第一晶體管M1和第二晶體管M2，所述第一晶 體管Ml的柵極終端經(jīng)配置以提供連接至軟啟動電路504的正向輸入， 所述第二晶體管M2的柵極終端經(jīng)配置以提供連接到反饋電壓VFB的反 向輸入。通路元件508包含功率晶體管Mp，其被配置以驅(qū)動輸出終端 VouT處的輸出負載。功率晶體管Mp包括用于接收來自誤差信號放大器 506的放大誤差信號的柵極終端，其被配置成在驅(qū)動輸出終端VouT處 的輸出負載時控制通路元件508的輸出電流。通路元件104還被配置 成通過電阻器Ri與R2產(chǎn)生反饋電壓Vra從而反饋誤差信號至誤差信號 放大器506。通路元件508能夠包含多種配置，例如PMOS或NMOS 晶體管器件、NPN跟隨器、NMOS跟隨器或者共源極PNP或PMOS 晶體管。
0022軟啟動電路504被配置成在切換到實際參考電壓前的放 大器電路500的最初啟動期間提供第二參考電壓。例如，軟啟動電路
7504能夠被配置成產(chǎn)生第二參考電壓V2，然后通過監(jiān)控對來自誤差放 大器電路506的反饋電壓VFB，在第二參考電壓V2和實際參考電壓之 間適當切換以提供可控的啟動過程。實際參考電壓可以包括多種形式 的參考電壓，例如大約1.2伏的實際硅帶隙電壓VBc、 0.4V或更高的已 除降(divided-down)的硅帶隙電壓、大約0.6V的局部VBE帶隙電壓 以及高達5V或者更高的其他可變參考電壓。軟啟動電路504能夠利用
在第二參考電壓V2與帶隙電壓VBc之間進行切換的多種切換配置(由 開關(guān)S,和S2所示)。
0023最初，在軟啟動電路504開始工作時，第二參考電壓V2 被轉(zhuǎn)接到誤差信號放大器506的正向輸入端作為參考電壓直到反饋電 壓VpB超過第二參考電壓V2，然后適宜地轉(zhuǎn)換到帶隙電壓V恥來完成 輸出電壓VouT剩余的上升部分。結(jié)果，輸出電壓在轉(zhuǎn)變之前會隨第二
參考電壓V2而斜線上升，然后繼續(xù)斜線上升到反饋電壓VFB的電平，
從而減小或消除破壞性過沖。此外，這樣的啟動過程控制會在不影響
或損害誤差信號放大器電路506的控制回路的情況下施行。
0024第二參考電壓V2適宜包括給放大器電路元件上電以允許 工作所要求的最小電壓量。實際上，第二參考電壓V2作為適合代替帶 隙電壓VBC的"虛擬"帶隙參考電壓。第二參考電壓V2經(jīng)適當配置以 使其比帶隙電壓VBG更快地產(chǎn)生，因為不僅當帶隙電壓接通時而且當
第二參考電壓和帶隙電壓兩者同時開啟時，都必須馬上使用第二參考
電壓V2，即因為第二參考電壓V2需要在帶隙電壓VBG前使用，所以其 應(yīng)該被快速產(chǎn)生。另外，第二參考電壓V2被設(shè)定在低于帶隙電壓VBG
的電壓電平，比如充分地低于用于驅(qū)動誤差信號放大器506的最終總
線電壓。以低電流功耗來設(shè)定第二參考電壓也可能是有利的。此外，
所提供的第二參考電壓V2也可以設(shè)有更高的噪聲限制，并且一旦放大
器電路500內(nèi)的減噪電容充滿電時允許隨后獲得的更低噪聲要求。
0025依照示例性實施例，參考圖6A，第二參考電壓V2可由 電路600產(chǎn)生，該電路600包括配有諸如二極管D,與電阻器Rd的溫 度補償電路的電流源I以提供快速穩(wěn)定的電源，例如虛擬帶隙電壓 VVB(};然而，第二參考電壓V2也能夠通過圖6所示的電路600以外的 不同其他方式和配置來產(chǎn)生。例如，參考圖6B，示例性第二參考電壓V2可由被配置成跟蹤用于開啟放大器電路500所需的實際閾值電壓的
電路600而產(chǎn)生。在另一個示例性實施例，參考圖6C，示例性第二參 考電壓V2或第三或其他參考電壓可以由被配置成跟蹤放大器電路500 的主要參考電壓的電路600而產(chǎn)生。
0026示例性軟啟動電路504可以多種方式進行配置以將第二 參考電壓與實際參考電壓轉(zhuǎn)移到放大器電路。例如，參考圖7，依照本 發(fā)明的示例性實施例，放大器電路700包含LDO電路702與軟啟動電 路704，其中軟啟動電路704適當包括第二參考電壓電路710、邏輯電 路714和開關(guān)電路716。 LDO電路702適宜包括誤差信號放大器706 與通路元件708，其可配置成用于LDO電路的任何常規(guī)放大器與元件， 例如誤差信號放大器506與通路元件508。誤差信號放大器706還可以 被配置以接收來自軟啟動電路704的基準電壓V虹f與產(chǎn)生于通路元件 708的反饋電壓VFB。
0027第二參考電壓電路710可以適當包含被配置成產(chǎn)生低于 主基準電壓(例如，實際帶隙電壓712)的基準電壓的任何電路。依照 示例性實施例，第二參考電壓電路710也被配置成快于實際帶隙電壓 712和/或以更低的電流功耗而產(chǎn)生。例如，第二參考電壓電路710能 夠包括基準電壓電路600或者用于產(chǎn)生第二參考電壓的任何其他電路， 該第二參考電壓包含給放大器電路700上電以允許工作所要求的最小 電壓量。
0028邏輯電路714被適當?shù)嘏渲糜糜诒O(jiān)控反饋電壓Vfb并碗 定適當?shù)臅r間來切換第二參考電壓電路710與實際帶隙電壓712。依照 示例性實施例，邏輯電路包括被配置用來測量反饋電壓Vfb并將其與 第二參考電壓電路710產(chǎn)生的第二參考電壓值比較的比較器，以及被 配置用來控制開關(guān)電路716的定時電路。邏輯電路714能夠適當?shù)乜?制開關(guān)電路716以便在第二參考電壓電路710與實際帶隙電壓712之 間切換。邏輯電路714與其它比較器或定時電路能夠包含用于提供預(yù) 期功能的多種配置。
0029開關(guān)電路716經(jīng)適當?shù)嘏渲糜脕碓诘诙⒖茧妷弘娐?10 與實際帶隙電壓712之間切換，并可以包括用于提供轉(zhuǎn)換功能的任何 類型的設(shè)備或元件。開關(guān)電路716也可以配有濾波以及其它相似功能
9以處理任何噪聲或由開關(guān)元件造成的其它損害。
0030另外參考圖8， 一旦放大器電路被使能(如由802表示)， 然后軟啟動電路704被配置成通過第二參考電壓電路710產(chǎn)生第二參 考電壓V2 (例如，虛擬帶隙電壓)。理想狀態(tài)下，第二參考電壓V2 被相當快地產(chǎn)生，例如在大約10微秒內(nèi)。邏輯電路714能夠適當?shù)乜?制開關(guān)電路716來適當?shù)亟油ǖ诙⒖茧妷篤2以提供參考電壓Vref。
參考電壓VREF接下來將適當?shù)叵蛏显黾又钡竭_到第二參考電壓V2的電
平，其包含的電壓電平足夠低以避免預(yù)期輸出電壓Vout的過沖但也足 夠高以啟動誤差信號放大器706，例如，第二參考電壓V2可以包括實 際帶隙電壓約80%的電壓電平(如由804所示)，并將及時地保持穩(wěn) 定。依照示例性實施例，這一穩(wěn)定狀態(tài)可通過使用較大的減噪電容器 比如大約O.OlpF的電容器來促其實現(xiàn)。這樣的參考電壓VREF至少足夠 開啟誤差信號放大器706。
0031
一旦反饋電壓VFB增加并達到或超過第二參考電壓(如 由806所示)，邏輯電路714能夠適當?shù)乜刂崎_關(guān)電路716來切換到 實際參考電壓VBG作為參考電壓VREF，實際上鎖存至參考電壓Vbg避
免來自反饋電壓VFB的更多震蕩的任何影響。參考電壓Vref接下來將
適當?shù)匦本€上升直到達到帶隙電壓VBG的電平(如由808所示)并且 保持在該電平直到放大器電路700被斷電或停用。
0032鑒于較大減噪電容器的情況，其充電時間可以根據(jù)內(nèi)部 電路設(shè)計而延長，參考電壓可被保持在電壓V2 (例如，虛擬帶隙電壓)
直到實際參考電壓VBG斜線上升到最終的容差內(nèi)。
0033結(jié)果，放大器電路700的快速啟動可以例如在大約50微 秒內(nèi)被實現(xiàn)，同時輸出電壓V0UT的破壞性過沖以及減噪電容器充電帶 來的任何延時能夠被適當?shù)販p小或消除。另外，這種破壞性過沖消除 可在不影響或損害LDO電路702控制回路的動態(tài)特性情況下實現(xiàn)。此 類設(shè)置有利于廣泛多種的應(yīng)用，而且特別有利于帶獨立使能引腳與單 路帶隙參考電壓的雙通道LDO電路應(yīng)用。
0034上面參照多個示例性實施例描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng) 域技術(shù)人員會意識到可以對示例性實施例進行改變和修正而不偏離本 發(fā)明的范圍。例如，多種示例性實施例可以用以上所示電路以外的其他類型的供電電路來實現(xiàn)。這些可供選擇的方法可根據(jù)具體應(yīng)用或考 慮與系統(tǒng)操作相關(guān)的任意因素來適當?shù)剡x擇。此外，這些與其它改變 或修正都旨在包含于所要求保護發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種被配置用于提供輸出電壓的放大器電路，所述放大器電路包括低壓差穩(wěn)壓器，其被配置用于在控制回路內(nèi)接收參考電壓與反饋電壓并為負載設(shè)備提供輸出電流；以及軟啟動電路，其被配置用于在所述放大器電路的啟動期間為所述低壓差穩(wěn)壓器提供第二參考電壓以基本消除所述輸出電壓的破壞性過沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器電路，其中所述軟啟動電路被配置以監(jiān)視由所述低壓差穩(wěn)壓器產(chǎn)生的反饋電壓，從而確定何時從所述第二 參考電壓切換到帶隙參考電壓并提供給所述低壓差穩(wěn)壓器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器電路，其中當所述反饋電壓斜線上 升到接近等于所述第二參考電壓的電平時，所述軟啟動電路從所述第二 參考電壓切換到所述帶隙參考電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器電路，其中一旦所述帶隙參考電壓 斜線上升到最終容差之內(nèi)時，所述軟啟動電路從所述第二參考電壓切換 到所述帶隙參考電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器電路，其中所述軟啟動電路被配置 以基本消除破壞性過沖而不影響所述控制回路的操作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器電路，其中所述軟啟動電路包含邏 輯電路，其被適當配置用于監(jiān)視所述反饋電壓并用于確定從所述第二參 考電壓切換到所述帶隙參考電壓的合適時間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器電路，其中所述邏輯電路包含比較 器，其被配置用于以下至少一種情況a)比較所述反饋電壓與所述第二參考電壓，以及b)比較所述帶隙參考電壓與所述第二參考電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器電路，其中所述邏輯電路包含定時 電路，其被配置用于控制所述開關(guān)電路以將所述低壓差穩(wěn)壓器接收的所 述參考電壓從所述第二參考電壓切換到所述反饋電壓。
9. 一種被配置用于提供放大器電路的軟啟動的方法，所述方法包括: 在軟啟動電路中產(chǎn)生第二參考電壓；在所述放大器電路的啟動期間將所述第二參考電壓作為基準電壓提供給所述放大器電路；以及將所述基準電壓從所述第二參考電壓切換到帶隙參考電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述方法還包括比較來自所述 放大電路的反饋電壓以確定何時將所述基準電壓從所述第二參考電壓切換 到所述帶隙參考電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當所述反饋電壓至少達到接 近等于所述第二參考電壓的數(shù)值時，軟啟動電路將所述基準電壓從所述 第二參考電壓切換到所述帶隙電壓。
12. —種低壓差穩(wěn)壓器，其被配置用于在控制回路內(nèi)接收參考電壓 與反饋電壓以及用于提供輸出電壓，所述低壓差穩(wěn)壓器包括軟啟動電路，其被配置以在啟動期間為所述低壓差穩(wěn)壓器提供 第二參考電壓，從而基本消除所述輸出電壓的破壞性過沖。
全文摘要
提供了一種用于給放大器電路(500)提供軟啟動過程以減少或防止輸出電壓(V<sub>out</sub>)的破壞性過沖的方法和電路。依照本發(fā)明的示例性實施例，示例性的方法和電路被配置成在啟動過程中用第二參考電壓(V<sub>2</sub>)適當即時地代替實際固定的參考電壓。這種方法和電路可以提供無破壞性過沖的快速啟動過程而且不會影響或損害放大器電路的任何控制回路，并且可以配置于多種應(yīng)用中。依照示例性實施例，示例性放大器電路配有軟啟動電路(504)，其中該軟啟動電路被配置成在切換到實際參考電壓(V<sub>REF</sub>)前的最初啟動期間提供了第二參考電壓(V<sub>2</sub>)。例如，示例性啟動電路(504)可被配置以產(chǎn)生第二參考電壓(V<sub>2</sub>)，然后通過監(jiān)視來自放大器電路的反饋電壓(V<sub>FB</sub>)，適當?shù)卦诘诙⒖茧妷汉蛯嶋H參考電壓之間切換進而提供可控的啟動過程。
文檔編號G05F1/40GK101568893SQ200680042818
公開日2009年10月28日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
發(fā)明者H·J·比亞吉 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司